Etapas da respiração e propriedades do ar alveolar
O processo fisiológico da respiração consiste em cinco etapas sequenciais. Tudo começa com a respiração externa (ventilação pulmonar) e a troca gasosa entre os alvéolos e os capilares pulmonares. Em seguida, ocorre o transporte de gases pelo sangue, a troca nos tecidos e, finalmente, a respiração interna (tecidual) — os processos oxidativos nas mitocôndrias.
O fundamento da troca gasosa pulmonar baseia-se exclusivamente em princípios físicos, especificamente a diferença de pressão parcial dos gases. Nesse caso, o volume e a composição gasosa do ar alveolar normalmente permanecem estritamente constantes, diferindo do ar atmosférico. O principal regulador dessa constância é a concentração de $CO_2$.
Na porção de ar expirado, a quantidade de dióxido de carbono é sempre menor do que diretamente nos alvéolos. Isso ocorre porque, na expiração, o gás alveolar saturado mistura-se com o ar do espaço morto, no qual o $CO_2$ é praticamente ausente.
Volumes respiratórios primários
Para avaliar a ventilação, o método mais utilizado é a espirometria. Existem quatro volumes básicos (primários):
- Volume corrente (VC): porção que entra em uma respiração tranquila (normalmente 500 ml).
- Volume de reserva inspiratória (VRI): o máximo que pode ser inspirado de forma forçada além de uma respiração normal (1500 ml).
- Volume de reserva expiratória (VRE): o ar que pode ser expirado com esforço após uma expiração padrão (1500 ml).
- Volume residual (VR): porção que inevitavelmente permanece nos pulmões e vias aéreas mesmo após a expiração mais profunda (cerca de 1000 ml).
Atenção: o volume residual não pode ser medido com um espirômetro clássico. Para isso, utiliza-se o método de diluição. O paciente respira por 5 a 10 minutos uma mistura gasosa de volume conhecido (3 L) contendo 1 L de argônio inerte. O parâmetro desejado é calculado após a expiração da mistura com base no grau de diluição do argônio nela.
Capacidades pulmonares e parâmetros de ventilação
As capacidades representam somas clinicamente significativas de vários volumes primários:
- Capacidade vital (CV): volume máximo expirado após uma inspiração máxima (soma do VC, VRI e VRE).
- Capacidade residual funcional (CRF): quantidade de ar nos pulmões após uma expiração tranquila (soma do VRE e do volume residual). Essa reserva permanece constantemente nos alvéolos.
- Capacidade pulmonar total (CPT): capacidade total no pico da inspiração (CV + volume residual).
- Reserva inspiratória: soma do VC e do volume de reserva inspiratória.
Além dos parâmetros estáticos, avaliam-se os dinâmicos. O volume que passa pelo sistema em um minuto é chamado de ventilação minuto (VM). Se a pessoa respira com frequência e profundidade máximas, registra-se a ventilação voluntária máxima (VVM), que pode atingir 150–200 l/min.
Biomecânica das vias aéreas e espaço morto
As vias aéreas começam na traqueia (diâmetro de 15–30 mm), que ao nível da V vértebra torácica se divide em dois brônquios principais. Cada ramificação da árvore brônquica forma uma nova geração.
As primeiras 16 gerações formam a zona de condução. O transporte aqui ocorre por via convectiva, e a troca gasosa não ocorre. Esta zona (cavidade oral, traqueia, brônquios principais) forma o espaço morto anatômico com um volume de cerca de 150–180 ml (~170 ml).
A seguir vem a zona de transição (3 gerações após os bronquíolos terminais) e a zona respiratória (últimas 4 gerações: 20–23). A partir da 20ª geração, o principal mecanismo de transporte passa a ser a difusão.
Os fisiologistas distinguem dois tipos de espaço morto:
- Anatômico: apenas as vias aéreas sem troca gasosa.
- Fisiológico (funcional): o espaço anatômico mais o volume de alvéolos ventilados, mas não perfundidos por sangue.
A ventilação alveolar real é a porção de ar fresco que atinge os alvéolos a cada respiração. Em uma respiração tranquila, ela é de: $500 \text{ ml} - 170 \text{ ml (espaço morto)} = 340 \text{ ml}$.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais são as etapas da respiração interna (tecidual)?
A respiração interna é um complexo de processos que garantem a troca gasosa entre o sangue e os tecidos, bem como a oxidação celular.
Ela consiste nas seguintes etapas:
- Difusão pulmonar — troca de gases entre os alvéolos e o sangue.
- Transporte de gases — transporte de gases pelo sangue para órgãos e tecidos.
- Difusão tecidual — troca de gases entre o sangue dos capilares sistêmicos e as células dos tecidos.
- Respiração celular — processos oxidativos que ocorrem diretamente nas mitocôndrias das células.
Quais métodos, além do método de diluição do argônio, são utilizados para medir o volume residual pulmonar?
Para avaliar o volume residual pulmonar, além do método de diluição do argônio, utiliza-se a pletismografia corporal.
A espirometria padrão não é utilizada para determinar esse parâmetro, pois o ar residual permanece nos pulmões e nas vias aéreas e não pode ser expirado.
Para memorizar facilmente a composição da CV, use a regra das «três ações voluntárias»: podemos conscientemente realizar uma respiração normal (VC), inspirar ainda mais fundo (VRI) e expirar com esforço (VRE). Tudo o que não está sob controle voluntário é o Volume Residual.
Questões de aulas e exames
Por que o volume residual pulmonar não pode ser determinado por espirometria?
O espirômetro mede apenas o ar que passa pelo aparelho (inspirado ou expirado). O volume residual por definição não pode ser expirado, razão pela qual, para calculá-lo, utiliza-se o método de diluição com gás inerte (argônio).
Qual é a diferença entre o espaço morto anatômico e o fisiológico?
O espaço morto anatômico inclui apenas as vias aéreas estruturalmente inadequadas para a troca gasosa (cerca de 170 ml). O espaço fisiológico é mais amplo: ele inclui adicionalmente aqueles alvéolos que recebem ar, mas temporariamente não são banidos por sangue (não têm perfusão).
Por que a concentração de dióxido de carbono no ar expirado é menor do que no alveolar?
Durante a expiração, o ar saturado com dióxido de carbono dos alvéolos mistura-se com uma porção de ar do espaço morto anatômico. Como praticamente não há $CO_2$ nas vias aéreas, a concentração final na mistura expirada diminui.
O que mais estudar sobre o tema
- Mecanismos de difusão de gases através da barreira alvéolo-capilar
- Transporte de oxigênio e dióxido de carbono pelo sangue (o papel da hemoglobina)
- Troca gasosa nos tecidos e respiração interna (tecidual)
- Regulação da respiração e o papel da pressão parcial dos gases no sangue
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