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.