Sistema respiratório


Homeostase e trocas gasosas

Os animais contam com mecanismos de trocas gasosas, (obtenção e eliminação de gás carbônico) adaptados a seu ambiente. Há diversas formas de trocas gasosas: respiração por difusão, traqueal, cutânea, branquial e pulmonar.
A respiração branquial é adequada à vida aquática. Se retirarmos da água um animal dotado de brânquias, os filamentos branquiais irão aderir uns aos outros, diminuindo consideravelmente a área efetiva de trocas.
A respiração pulmonar ocorre em pulmões, que são invaginações revestidas internamente por uma membrana delgada, úmida e ricamente vascularizada, em que ocorrem trocas gasosas. Hematose é a oxigenação do sangue resultante das trocas gasosas com o ambiente (água ou ar).
Em animais dotados de respiração cutânea, branquial ou pulmonar, há nítida associação funcional entre os sistemas circulatórios e respiratórios. Isso não se verifica em animais com respiração por difusão ou traqueal, nos quais as trocas gasosas ocorrem sem a participação do sangue.

Respiração de vertebrados terrestres


Os pulmões dos anfíbios são lisos, com pequenas áreas de trocas gasosas. A oxigenação sangue é complementada em sua passagem pela pele delgada e ricamente vascularizada.  Nos anfíbios, depois de enchida a cavidade oral de ar, os músculos da boca e da faringe forçam sua passagem contra a glote, e o ar é “empurrado” para dentro dos pulmões. Com a abertura da glote e o relaxamento da faringe, o ar é eliminado.


Os pulmões dos répteis são segmentos e a área de trocas é proporcionalmente maior que a dos anfíbios. Os répteis não têm respiração cutânea e sua superfície corporal é recoberta e impermeabilizada por queratina abundante.


Os pulmões dos mamíferos apresenta grande área interna e são constituídos por unidades de trocas gasosas, denominadas alvéolos.
 Os pulmões das aves não possuem alvéolos, mas túbulos, denominados parabronquíolos, em que ocorrem as trocas gasosas.


Biomecânica e controle da respiração

Os peixes, possuem  em suas brânquias, detalhes que as tornam mais eficientes que as brânquias dos invertebrados.
Vertebrados pulmonados possuem “pulmões de ventilação”, porque contam com mecanismos ativos de substituição do ar contido em seu interior.
Os outros grupos de vertebrados pulmonados (répteis, aves e mamíferos) enchem e esvaziam os pulmões por modificações no volume da caixa torácica. Entre as costelas, existem músculos intercostais que, ao se contraírem, tracionam as costelas para a frente e aumentam o volume da cavidade. Com o aumento de volume, a pressão interna torna-se menor que a pressão atmosférica, forçando a entrada de ar pelas vias aéreas (inspiração). 

Com o relaxamento da musculatura, a elasticidade dos pulmões e da cavidade do corpo força a diminuição de seu volume, aumentando a pressão, que se torna superior à pressão atmosférica;  ar dos pulmões é, então, eliminado (expiração).


Somente os mamíferos têm o músculo diafragma, que separa a cavidade torácica da abdominal. Ao se contrair, o diafragma se desloca em direção ao abdome; o volume do tórax aumenta, determinado a entrada de ar nos pulmões. Portanto, nos mamíferos, a inspiração ocorre pela contração simultânea dos músculos intercostais e do diafragma.
Nas aves, a renovação do ar nos pulmões conta com a participação dos sacos aéreos. Em cada ciclo respiratório, a quantidade de ar novo que penetra nos pulmões das aves é muito maior que a quantidade que penetra nos pulmões dos mamíferos; além disso, as aves fazem hematose tanto na inspiração quanto na expiração.


COMPONENTES DO APARELHO RESPIRATÓRIO HUMANO


HEMATOSE
Troca de gases ao nível dos alvéolos pulmonares por difusão simples. Neste momento pela primeira vez o sangue (capilares), passa a ter contato com os gases. O objetivo final deste processo é a chegada do O2 até as células para realizar a respiração celular.

Controle da respiração

Em repouso, a frequência respiratória em seres humanos é de 10 a 15 movimentos por minuto e aumenta bastante durante uma atividade física intensa. A capacidade de renovação do ar contido nas vias aéreas varia amplamente, podendo passar de 5 l por minuto, em um adulto em repouso, para mais de 120 l por minuto, durante atividade física intensa.
No bulbo, parte do sistema nervoso central, há um centro controlador da respiração – o centro respiratório (CR) – que recebe informações sobre parâmetros respiratórios e os processa. Do CR partem nervos responsáveis pela contração dos músculos respiratórios (diafragma e músculos intercostais).

O CR aumenta ou diminui tanto a frequência como a amplitude dos movimentos respiratórios, ou seja, o volume de ar renovado. Essa capacidade permite que os tecidos recebam a quantidade de oxigênio de que necessitam, além de remover adequadamente o gás carbônico.
O controle da atividade respiratória é tão preciso que, mesmo diante de grandes variações nas concentrações ambientais de gás carbônico e oxigênio ou durante atividades físicas intensas, as concentrações desses gases no sangue permanecem praticamente constantes.
A respiração é, ainda, um mecanismo controlador do pH do sangue. Eis a reação entre a água e o gás carbônico:

O aumento na concentração de gás carbônico no sangue provoca aumento na liberação de íons H+ e o plasma tende ao pH ácido. Se a concentração de gás carbônico diminui, o pH sangüíneo tende a se tornar mais básico.
·        Se o pH do plasma está abaixo do normal, o centro respiratório é excitado, aumentando a freqüência e a amplitude dos movimentos respiratórios. O aumento da ventilação pulmonar determina a eliminação de maior quantidade de gás carbônico, elevando-se o pH do plasma até o valor normal.
·        Caso o pH esteja acima do normal, o centro respiratório é deprimido, diminuindo a freqüência e a amplitude dos movimentos respiratórios. Com a diminuição da ventilação pulmonar, há retenção de gás carbônico e maior produção de íons H+, determinado a queda do pH plasmático até o seu valor normal.
Os quimiorreceptores do centro respiratório são bastantes sensíveis ao pH do plasma e à concentração de gás carbônico. Aumentos na concentração de gás carbônico causam aumento na frequência respiratória, enquanto a diminuição em sua concentração tem efeito contrário. Na parede da artéria aorta e das artérias carótidas, existem quimiorreceptores sensíveis à concentração de oxigênio no sangue. Se essa concentração diminui, eles enviam estímulos ao centro respiratório, que determina elevação da ventilação pulmonar.

pH do sangue
Concentração de CO2
Concentração de O2
Acidose
(pH < 7,36)
Excita
o CR
Alcalose
(pH  > 7,44)
Deprime
o CR
       Alta

Excita
o CR
Baixa

Deprime 
o CR
Alta

Deprime
o CR
Baixa

Excita
o CR

FENÔMENOS QUÍMICOS DA RESPIRAÇÃO

TROCAS GASOSAS


      ENTRA
        SAI
     OXIGÊNIO
      21%
         16,5%
GÁS CARBÔNICO
      0,04%
         4,4%
NITROGÊNIO
      78,9%
         78,9%

TRANSPORTE DE GASES
ACLIMATAÇÃO
 No processo respiratório pode ser definida pela estimulação ainda maior da respiração pela inalação crônica de baixos níveis de oxigênio.
A causa da aclimatação se deve ao fato de que, dentro de 2 ou 3 dias, o centro respiratório no tronco cerebral perde cerca de 80% de sua sensibilidade às alterações da CO2 e dos íons hidrogênio. Em decorrência, a eliminação ventilatória do excesso de dióxido de carbono (hiperventilação) que levaria ao aumento da frequência respiratória, em condições normais, não ocorre e, consequentemente, baixos teores de oxigênio podem conduzir o sistema respiratório a níveis muito mais altos de ventilação alveolar do que sob condições agudas.
Em vez do possível aumento de 70% na ventilação, após a exposição aguda a baixos teores de oxigênio, a ventilação alveolar frequentemente aumenta por 400% a 500%, depois de 2 a 3 dias de redução dos níveis desse gás; isso por sua vez colabora imensamente com o suprimento adicional de oxigênio em altas altitudes. O corpo para suprir esta deficiência passa a produzir mais hemácias.