Respiratory I Lecture

SISTEMA RESPIRATÓRIO
• Músculos respiratórios
• Curva de dissociação da oxihemoglobina durante o exercício e a
diferença arterio-venosa
• Equilíbrio ácido - básico durante o
exercício.
• Estudo da ventilação em exercício
de intensidade crescente, e de
intensidade constante acima e
abaixo do limiar anaeróbico .
• limiar anaeróbico respiratório.
SISTEMA RESPIRATÓRIO
• Levar e permutar o ar
atmosférico desde o
ambiente externo até
os pulmões
(ventilação).
• Difundir os gases,
levando O2 aos
tecidos e removendo
CO2 ( perfusão)
PULMÕES E ALVÉOLOS
• PULMÕES
• Alvéolo
– Volume médio
• 4 – 6 litros
– Peso: 1 K
– Se esticado, cobre a
metade de uma quadra
de basquete.
– 300 milhões.
– 0,03 de diâmetro
– Unidos a capilares
sanguíneo resulta em
espessura de 0,3 um
– Pode ocorrer difusão
intra – alveolar.
• Poros de Kohn
Permuta:
250 ml de O2
200 ml de CO2
No exercício, 25 vezes mais
FILTRACÃO E LIMPEZA
• Muco secretado na zona de condução
• Projeções digiformes ( cílios) ascendem o
muco até a faringe.
– 1 a 2 cm/s
• Macrófagos, nos alvéolos.
• Fumaça de cigarro e outros poluentes
impedem ação de limpeza.
Limpeza do ar
• Cilios nasais
• Muco
• Sistema imunológico
MECÂNICA DA RESPIRACÃO
• Pulmão flutua na caixa torácica
• Circundado por uma camada de líquido pleural.
• Estão presos à caixa torácica, mas podem deslizar
livremente.
• Pressão alveolar: sem respiração, é igual à do
ambiente.
• Compliança: Grau de expansão pulmonar para
mudança na pressão transpulmonar.
– 1 cm de água = 200 ml de expansão.
• Tensão superficial x surfactante: células epiteliais.
– Fosfolipídios, proteínas e íons
(dipalmitoilfosfatidilcolina)
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
MÚSCULOS RESPIRATÓRIOS
• NO REPOUSO
– Inspiração
• Diafragma
– Expiração
• Retratilidade pulmonar
• NO EXERCÍCIO
– Inspiração
• Intercostais esternos,
peitorais menores,
escalenos,
esternocleidomatoideo.
– Expiração
• Mm. Parede abdominal
VOLUMES PULMONARES
Inspiratory
reserve
volume
Tidal volume
Measured with a
spirometer
attached to a
kymograph
plotter (rotating
drum)
Residual volume
Total lung capacity
Vital capacity
FEV1 is
Expiratory the forced
reserve
expiratory
volume
volume in
one
Can’t breathe second
out all the air in
your lungs!
Espaço morto x espaço fisiológico
Relação freqüência x profundidade
Limites da Ventilação
Adaptações ao exercício
Modalidades n Idade
Estatura
CV
Vôlei de Praia 5 27,4 (+-4,6) 195,0 (+-5,3) 5,7 (+ -0,2)
Natação
6 20,7 (+-7,6) 177,5(+-3,8) 4,9(+ -0,5)
Judô
7 19,7 (+-4,4) 176,7(+-6,5) 5,1(+ -0,5)
Atletismo
7 25,7(+-0,7) 176,3(+-5,5) 4,6 (+ -0,6)
Sedentários
6 25,4 (+-5,3) 175,6(+-6,7) 4,7(+ -0,8)
Futebol
5 25,4 (+-4,2) 174,1(+-7,2) 4,2(+ -0,6)
Ventilação x performance
• A ventilação limita a performance?
– Sedentários COR
– Ativos
MUSC
– Atletas
PUL
MUSC
COR
MUSC
PUL
PUL
COR
Manobra de Valsalva
TRANSPORTE DOS
GASES
PERMUTA ALVÉOLO - CAPILAR
• LEI DE FICK
O Ritmo de transferência de
gases através de uma lâmina
é proporcional à área
tecidual, a uma constante de
difusão à diferença de
pressão dos gases de cada
lado da membrana e
inversamente proporcional à
espessura da membrana.
• A constante de difusão é
proporcional à solubilidade do
gás e inversamente
proporcional à raiz quadrada
do peso molecular do gás.
• PM CO2:
44
• PM O2:
32
• CO2 se difunde 20x mais, por
ter maior solubilidade.
Permuta alvéolo - capilar
Transporte do O2
• No Plasma
–
–
–
–
3 ml / litro de sangue
Mantém a vida por 4 s.
Estabelece a PO2
Determina o
carreamento da Hb e a
liberação de O2 nos
tecidos
• Composto metálico
• 280 milhões de Hb, cada
uma com 25 trilhões de
hemacias
– 4 átomos de ferro
•
•
•
•
197 ml / litro de sangue
15 a 16 de Hb / 100ml
1,34 ml / Hb
Na mulher: 5 – 10% menos
Curva de dissociação da
Oxihemoglobina
Efeito Bohr
Qualquer aumento na acidez, temperatura e na
concentração de dióxido de carbono desvia a
curva de dissociação.
• Alteração na estrutura da Hb e menor
capacidade de fixar o O2.
O 2,3 difosfoglicerato
• Produzido nas hemacias durante reações de
glicólise.
• Se une à Hb e reduz sua capacidade fixadora
do O2.
• Maior concentração em mulheres.
• Parece ser maior em atletas anaeróbios.
Mioglobina
• Confere cor
avermelhada à
fibra.
• Acidez, lactato
não interferem
na dissociação.
• Em animais,
aumenta com
o treinamento.
Diferença artério-venosa de oxigênio
TRANSPORTE DO CO2
• No plasma:
• Composto carbamino:
• Bicarbonato:
5%
20%
60 – 80%
EQUILIBRIO ÁCIDO-BÁSICO
• Ph : Se a quantidade de H+ ultrapassar –OH
•  Ph músculo
– 7,1 ( chega a 6,7 ou menos)
• o H+ não se difundem livremente
•  Ph sangue arterial
– 7,4 (tolerável de 6,9 a 7,5, ainda assim por pouco
tempo)
Tamponamento
•
•
•
•
•
o Tampões químicos
§
Bicarbonato
§
Hemoglobina
§
Proteínas
§
Fosfatos
• Tampões fisiológicos
– Ventilação pulmonar
– Tampão renal
18,0
8,0
1,7
0,3
Efeito do exercício no tamponamento
• Maior desafio é o
aumento do lactato.
• Organismo suporta
variação até Ph de 6.8
– Náusea, cefaléa,
vertigem, desconforto
e dor muscular.
• Lactato = 30 mM
CONTROLE DA VENTILACÃO
• O SNC regula
magistralmente a
ventilação.
– Mesmo no exercício
PO2 e PCO2 são pouco
alteradas.
• Não e necessário
tentar controlar
conscientemente a
ventilação durante o
exercício.
CENTRO RESPIRATÓRIO
• Localizado no
bulbo e na ponte
– Grupo dorsal
– Grupo ventral
– Centro
pneumotoracico
Grupo dorsal respiratório
• No núcleo do trato solitário ( bulbo)
– Terminação sensorial do vago e glossofaríngeo
• Emite potencial de ação inspiratório
– Sinais em rampa –cessa por 3 seg.
– Sinais se repetem por toda vida.
– Ritmo respiratório básico.
Centro pneumotorácico
• Transmite sinais para a área inspiratória
– Controla o ponto de desligamento da rampa
inspiratória
• Com sinais fortes, a inspiração dura 5 seg.
• Com sinais fracos tempo inspiratório aumenta.
– O efeito é secundário
Grupo ventral
• Não atua na respiração de repouso.
• Quando o impulso inspiratório fica forte,
transborda para a região ventral.
• Uns neurônios estimulam a inspiração e
outros a expiração.
Reflexo de Hering - Breuer
• Receptores de estiramento nas paredes dos
brônquios e bronquíolos – nervo vago – grupo
respiratório dorsal.
– Desligam a rampa inspiratória.
– Aumentam a freqüência respiratória.
CONTROLE QUÍMICO
• Excesso de CO2 e H+ estimulam o centro
respiratório.
• O2 não tem efeito significativo.
– Atua nos quimioceptores periféricos da carótida e
aorta.
Controle pelo CO2 e H+
• Atuam na área quimiossensitiva.
• Responde melhor ao H+, mas este não atravessa a
barreira entre o sangue e o liquido cefalorraquidiano.
• Logo, o CO2 acaba atuando mais eficazmente,
embora de efeito indireto.
– Combinado com água, formando acido carbônico
– Se dissocia em H+ e bicarbonato. H+ do liquido corporal
tem potente efeito.
Controle dos quimioceptores periféricos
• Localizados em varias áreas do cérebro
– Em maior parte na carótida
– N. de Hering, glossofaringeo, área dorsal.
• Monitoram especialmente a PO2
• Corpos quimioceptores possuem uma vascularização
especial.
– Recebem 20x O2 em relação a seu peso.
• Atuam quando a PO2 cai a valores baixos.
• CO2 e H+ também estimulam, mas muito pouco.
Hiperventilação e apnéia
• Necessidade de respirar ocorre 40” após
prender-se a respiração.
• Na hiperventilação, PCO2 cai para 15 mmHG.
• Se a PO2 cair antes de a PCO2 subir a 46
mmHG, pode ocorrer síncope.
Regulação durante o exercício
• Estímulos químicos ou outros mecanismos isolados não
explicam a hiperpnéia.
– CO2 e O2.
– Acidez e PCO2
• PO2 sofre discreto aumento
– Aumenta permuta alvéolo – capilar.
• No exercício máximo anaeróbio, PCO2 venosa aumenta, mas a
alveolar se mantém.
– A hiperventilação resultante reduz PCO2 a 25 mmHg.
• Estabilidade é compensada pelos quimioceptores através da
detecção no ciclo respiratório.
Regulação durante o exercício
Controle não - químico
• Alterações antes e imediatamente após
exercício sugere fatores não-químicos.
– Influência cortical
• Neurônios no bulbo – alteração antes e no início.
– Influência periférica.
• Articulações, tendões...
• Grandes reduções logo após exercício.
• Movimentos passivos e oclusão sanguínea promove
aumento ventilatório.
– Temperatura
• Pouco efeito
Ação integrada
• Fase I – aumento rápido
– Comando central
– Músculos ativos
• Fase II – Exponencial mais
lenta.
–
–
–
–
20” após início
Comando central
Retroalimentação.
Neurônios respiratórios
• Fase III – Estabilidade
– Mecanismos com valores
estáveis
– Sintonia fina por
quimioceptores
Ação integrada
Recuperação
• Fase rápida
– Retirada do comando
central.
– Retirada do influxo
sensorial.
• Fase lenta
– Diminuição gradual da
atividade do CR.
– Normalização metabolica,
térmica e química.
Exercício em intensidade constante
• Ventilação aumenta linearmente com o VO2 e
produção de CO2.
– Até aproximadamente 70% do VO2 max.
• Relação de 20 – 25 litros / litro de O2.
• Aumenta no início pelo incremento do volume
corrente.
– À medida que aumenta a intensidade, a freqüência
respiratória passa e desempenhar papel importante.
• Tempo de trânsito do sangue continua longo.
– Apesar da maior velocidade de passagem do sangue,
tempo para a aeração continua suficiente.
Exercício em intensidade constante
Equivalente respiratório
• VE / VO2
• Adultos jovens
– 25 /1 até 55% do VO2 max.
• Crianças
– 32 / 1
• Modalidade de exercício
– Menor na natação que na corrida.
• Restrição ventilatória da natação.
• Pode limitar permita gasosa nas velocidades máximas.
Exercício de intensidade crescente
• Perda de linearidade entre ventilação e
consumo de O2.
• Equivalente respiratório pode chegar a 35 –
40 litros / litro de O2 consumido.
– O ponto de interesse é momento em que a
ventilação aumenta de maneira
desproporcional ao consumo de O2.
Exercício de intensidade crescente
• O que provoca este
aumento na ventilação?
– Aumenta da atividade
glicolítica.
– Aumento na concentração
de H+
– Produção adicional de CO2
para tamponamento do
lactato.
• H+ + H2CO3
CO2
H20 +
Equivalente respiratório
• Relação entre volume
de ar ventilado e O2
consumido
• Diferente de limiar
ventilatório.
• Determina ponto de
limiar anaeróbio.
• Não devidamente
validado.
Relação ventilação x lactato
OBLA e desempenho
• Desempenho depende
de
– VO2 max.
– OBLA.
• Desempenho é
melhor previsto pelo
OBLA.
Diferenças raciais
• Africanos apresentam
melhor performance
mesmo com VO2 max.
Semelhante.
– Mais enzimas oxidativas
– Menor concentração
plasmática de lactato.
– Economia mecânica na
corrida.
– Limiar de lactato a um
maior percentual do VO2
max.
– Wetson (2000), apud
McArdle, 2003.
Mensuração do limiar de lactato
• Objetivos
– Indicador do estado de treinamento;
– Previsão de desempenho de endurance.
– Determinação da intensidade de treinamento.
A prática cotidiana do
Limiar anaeróbio respiratório
• O que mede
– Aumento desproporcional da ventilação.
– Aumento desproporcional da produção do CO2
– Aumento desproporcional da relação VE / VO2
– Aumento desproporcional da relação VE / FC
– Aumento desproporcional
A prática cotidiana do
Limiar anaeróbio respiratório
• Custo da aparelhagem
• U$ 10.000 a 20.000
– As células para análise de gás são extremamente caras;
– São fabricados para várias funções clínicas
• Requerem calibração constante.
– Feita só por pessoal especializado.
• Alternativa
– Espirômetros se análise de gases
• Limiar ventilatório.
A prática cotidiana do
Limiar anaeróbio respiratório
• Testes indiretos
– Conconni
– Weltman
– Percepção de esforço.
A prática cotidiana do
Limiar anaeróbio respiratório
• O LAn como melhor variável de avaliação e
prescrição.
– Dados correntes de prescrição da intensidade do
exercício são generalistas.
• 50 – 85% do VO2 max
• Para atletas e doentes isto pode ser crítico.
– Poucos protocolos medem o VO2 max na natação.