Introdução Respiração
Geralmente, a respiração humana é um processo circular, com o oxigênio sendo captado por ar e levado, para as células do corpo. O sistema respiratório é único entre os sistemas automático de nosso corpo, por estar sob controle voluntário, podendo ser recrutado para participar de outras funções a de comunicação, por exemplo, mas quando não é solicitado para isso é para outras tarefas de participar do processo da homeostasia, sem interferir com nossa consciência. É claro que a atmosfera é nossa fonte ilimitada de oxigênio, bem como receptador inesgotável para o dióxido de carbono. O processo, que leva oxigênio, da atmosfera para a circulação, que leva ate as células transferindo o dióxido de carbono, na direção oposta, é chamado de respiração externa. Para se obter as qualidades de oxigênio que necessitamos, é necessária uma superfície de troca que deve ser mantida úmida para dissolver os gases, com enorme área de superfície extremamente fina, de modo a não dificultar essa transferência. Essa superfície é tão delicada que a evolução que deveria ficar no interior do corpo e o estudo dos mecanismos que levam o ar fresco até a superfície respiratória dos pulmões representam grande parte da fisiologia da mecânica pulmonar.
Respiração externa ou ventilação é um processo mecânico, automático, rítmico e regulado pelo SNC. Na respiração a contração e o relaxamento dos músculos esqueléticos do diafragma, e abdome e caixa torácica provocam o movimento do ar para dentro e para fora dos alvéolos funcionais do pulmão. A respiração interna é o processo total da oxidação controlada dos metabólitos, para a produção de energia útil, para os organismos vivos, ela inclui a ventilação.
O sistema respiratório é formado pelo nariz, faringe, laringe, traqueia, brônquios e pulmões.
Fossas nasais são as duas cavidades onde o ar entra no sistema respiratório, são separadas por uma cartilagem chamada de septo, que forma o septo nasal. Os pelos no interior do nariz tem função de reter as partículas que entram junto com o ar, a mucosa é bem irrigada aquecendo o ar inalado.
Faringe:
Pertencente ao sistema respiratório a faringe esta ligada com a cavidade do nariz e através das fauces, com a boca. O ar inspirado passa pela faringe para depois ir para laringe.
Laringe:
Situada na parte superior do pescoço sendo um tubo cartilaginoso de forma irregular, a laringe conecta a faringe com a traqueia. A epiglote é uma estrutura cartilaginosa que trabalha para desviar os alimentos das vias respiratórias para o esôfago. Glote é por ela que o ar entra na laringe, provocando uma vibração nas cordas vocais e produzindo som. Na face anterior do pescoço forma-se a proeminência laríngea, chamada de pomo de Adão, que é mais visível nos homens que nas mulheres.
Traqueia
Sendo um tubo de aproximadamente 12 cm de comprimento e 2,5 de diâmetro, a traqueia com suas paredes reforçadas por uma série de anéis de cartilagem, impedem que as mesmas se colapsem. Bifurca-se na sua região inferior, originando os brônquios. O epitélio é formado por células ciliadas e células secretoras. Estes cílios servem para remover as partículas e microrganismos que entram com o ar inalado.
Diafragma
O diafragma é um músculo situado abaixo do pulmão, separa o tórax do abdome e está relacionado com os movimentos da respiração.
O pulmão é formado pelos brônquios que se ramificam várias vezes originando os bronquíolos, que penetram no lóbulo pulmonar e ramificam-se, formando os bronquíolos terminais, que originam os bronquíolos respiratórios, que nos terminam alvéolos pulmonares. A forma do pulmão lembra um cone sendo revestido por uma membrana dupla chamada pleura.
A principal função do pulmão
Os pulmões têm como função fornecer uma distribuição correta do ar inspirado e do fluxo sanguíneo pulmonar. Sendo assim permite que a troca de O2 e CO2 entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar, seja acompanhada por um gasto mínimo de energia.
Ventilação e perfusão
O processo de respiração é medido pela ventilação dado pela (frequência X profundidade da respiração). No pulmão a troca de O2 e CO2 é medida por suas respectivas diferenças de concentrações entre o ar inspirado e o gás expirado. A perfusão pulmonar é o débito cardíaco (frequência cardíaca X débito sistólico do ventrículo direito) No sangue capilar pulmonar as trocas de O2 e CO2 são medidas por suas diferenças de concentrações, entre o sangue na artéria pulmonar e nas veias pulmonares, átrio esquerdo, ou qualquer artéria sistêmica.
Transporte gasoso pelo sangue
O sangue oxigenado deixa os pulmões através das veias pulmonares, sendo bombeado pelo ventrículo esquerdo, para as artérias sistêmicas. Essas artérias conduzem o sangue oxigenado até os capilares sistêmicos, que estão associados a todas as células do organismo que respiram. O CO2 é transportado em direção oposta, das células que respiram através das veias sistêmicas até o pulmão para sua eliminação.
Débito cardíaco
Débito cardíaco no homem em repouso é aproximadamente de 5 litros/min. Em média, somente 25% do oxigênio, combinado a hemoglobina, se dissociam durante a passagem através dos capilares sistêmicos (diferença arteriovenosa de O2 = 50 ml/l) Essa pequena diferença tem dois efeitos benéficos. Primeiro mantém diferença de pressão parcial de oxigênio razoavelmente alta entre o capilar sanguíneo sistêmico e as células teciduais. Essa diferença de pressão dirige a difusão de oxigênio do sangue para as células. Segundo proporciona uma reserva de oxigênio, combinado a hemoglobina, para uso das células numa emergência, como quando o fluxo capilar é interrompido brevemente pela contração muscular. Mesmo durante o exercício mais energético sustentado pela média dos homens normais, é improvável que o débito cardíaco aumente mais três vezes do que o nível de repouso (cerca de 15 litros/min). Como o emprego do oxigênio pelo organismo ( consumo de oxigênio) no estado no estado de exercício mínimo pode aumentar seis vezes , a partir do valor do repouso ( de 250 para 1.500 ml de o2/min), um adicional de 25% de O2 combinado com a hemoglobina no sangue arterial sistêmico deve ser descarregado nos capilares. O aumento triplo de fluxo sanguíneo, multiplicado pelo dobro de O2, captado do sangue, justifica o aumento de seis vezes o consumo de O2.
Alguns atletas altamente treinados, por exemplo, esquiadores, podem aumentar rapidamente seu débito cardíaco, ventilação ou consumo de oxigênio para mais do que duas vezes os valores estabelecidos acima, mas estas pessoas não estão na média normal. M coração aumentado em pessoas sadias é especialmente comum nas que começaram treinamento extenuante durante a infância. Esse crescimento e desenvolvimento não regridem quando cessa o exercício.
A prática de atividades físicas ou exercícios físicos regulares é preconizado atualmente como forma de manutenção da saúde, sendo este um fator importante de ser contemplado para uma melhor qualidade de vida. As atividades físicas podem ser representadas por todas as atividades da vida diária e exercem efeitos benéficos nos sistemas locomotores, digestivo, respiratório e cardiovascular, assim como no metabolismo celular e nas funções dos órgãos em geral (Pereira, 1996; Pitanga, 2004). A prática regular de exercícios pode provocar alterações nos sistemas cardiovascular e respiratório, principalmente nos indivíduos sedentários e não atletas, melhorando assim a absorção, transporte, entrega e utilização de oxigênio pelo músculo. Ainda, são desenvolvidos também os aspectos físico-motores como a coordenação, o ritmo, o equilíbrio e a agilidade (Santos 1994). Exercícios regulares beneficiam o sistema respiratório por promover respirações profundas. O pulmão aumenta sua capacidade de oxigenação.
Relação entre Respiração e Exercício
Estudos mostram que nos últimos anos, avanços consideráveis têm sido feitos para elucidar os mecanismos envolvidos no controle da respiração.
Alguns autores introduziram o conceito de que o volume minuto é o produto do fluxo inspiratório médio (volume corrente/ tempo inspiratório) pelo tempo inspiratório de todo o ciclo respiratório (tempo inspiratório /tempo total do ciclo respiratório): volume minuto = 60 (volume corrente / tempo inspiratório) x (tempo inspiratório / tempo total do ciclo respiratório). Em que volume corrente / tempo inspiratório e tempo inspiratório / tempo total do ciclo respiratório refletem o drive e o timing respiratórios, respectivamente.
Então Drive respiratório pode ser definido como o estímulo neuromuscular inspiratório capaz de produzir movimentos respiratórios, ou seja, o comando respiratório. Timing respiratório é expresso pelo tempo inspiratório, tempo expiratório e tempo total do ciclo respiratório, representando os tempos respiratórios.
Volume corrente / tempo inspiratório é a transformação mecânica do drive inspiratório neuromuscular, que não é afetado pelo reflexo vagal, mas é alterado pelas alterações das propriedades mecânicas dos pulmões e da parede torácica, independente de mudanças na atividade respiratória.
Já em situações nas quais ocorre incoordenação toracoabdominal, volume corrente / tempo inspiratório pode subestimar o drive, visto que não se leva em conta o drive necessário para realizar o movimento paradoxal do compartimento.
Então, não só o volume minuto, mas também volume corrente / tempo inspiratório são freqüentemente medidas imperfeitas da atividade respiratória central. A pressão de boca produzida pelos músculos inspiratórios com a via aérea ocluída no primeiro 0.1 segundo, começando pela capacidade residual funcional, é uma medida mais acurada do drive respiratório que o volume minuto e o fluxo, pois representa potencialmente a pressão inspiratória. Porém, a literatura ainda considera volume corrente / tempo inspiratória como boa medida do drive respiratório, talvez por ser uma medida mais facilmente obtida.
Em relação à respiração durante o exercício, a literatura reporta que a transição do repouso para o exercício leve ou moderado é acompanhada de um aumento abrupto na ventilação, que ocorre na primeira respiração e termina por volta do vigésimo segundo, seguida por um acréscimo adicional do volume minuto, até atingir o steady-state ou estado de equilíbrio.
Até o vigésimo segundo é observado não só em exercícios voluntários, mas também em movimentos passivos através de contrações musculares induzidas eletricamente ou de flexo-extensão dos membros inferiores. Isso faz com que seja influenciada por vários fatores, entre eles a postura, a frequência e intensidade do exercício e a idade.
Alguns autores afirmam que o rápido ajuste ventilatório ao exercício é proporcional à intensidade do mesmo, enquanto outros, além de não terem encontrado esta evidência, acreditam que a frequência do movimento dos membros é mais importante na determinação da magnitude do aumento inicial da ventilação, e que este componente é independente do drive respiratório. Ambos os mecanismos citados podem ser causados por uma via aferente dos membros para o centro respiratório ou causado pelo mecanismo feedforward, isto é, um envolvimento supra espinhal na modulação da resposta ventilatória ao exercício, que aumenta a ventilação via centro respiratório cerebral ou via áreas corticais que controlam os músculos respiratórios. A literatura ainda reporta que dois mecanismos neurais são responsáveis pela resposta até o vigésimo segundo: comando central, ativado pelo córtex cerebral ou pelo hipotálamo; e reflexos periféricos, originados da estimulação de mecanorreceptores e barorreceptores.
Contudo, as respostas ao exercício são umas combinações da influência das propriedades mecânicas do sistema respiratório, incluindo as propriedades intrínsecas dos músculos respiratórios e os reflexos neurais. A identificação separada destas respostas é difícil de ser detectada, pois tanto as propriedades mecânicas intrínsecas (propriedades musculares e considerações de configuração), quanto extrínsecas (resistência das vias aéreas, propriedades elásticas dos pulmões e do tórax), estabelecem uma ligação neural.
A 1º resposta respiratória a uma carga percebida, reflete uma compensação consciente. Acredita-se que seja para minimizar o desconforto subseqüente à carga, associado à influência das propriedades mecânicas do sistema respiratório e do reflexo neural. Esta compensação consciente provavelmente faz com que os ajustes respiratórios individuais variem grandemente, sendo especulado que o prolongamento do tempo inspiratório e do tempo total do ciclo respiratório são respostas atribuídas aos aspectos conscientes e inconscientes do aumento da carga.
Na literatura é consenso, que há o aumento do volume minuto durante todo o exercício, e não somente até o vigésimo segundo. Existem duas hipóteses para explicar este aumento durante as diferentes fases do exercício: a primeira relata que no início do exercício, ou seja, na fase de transição de repouso para intensidade leve, o aumento do volume minuto é devido principalmente ao aumento do volume corrente, com nenhuma mudança consistente da freqüência respiratória, do tempo inspiratório, do tempo expiratório e do tempo total do ciclo respiratório. O aumento do volume corrente deve-se exclusivamente à redução do volume expiratório final, o que indica uma atividade expiratória dos músculos intercostais e/ou aumento da pressão abdominal pela contração ou tônus elevado dos músculos abdominais. A segunda hipótese, bem mais divulgada, refere que durante o exercício intenso, o acréscimo do volume minuto deve-se ao aumento da freqüência respiratória. Portanto, em exercícios de baixa intensidade, há aumento do volume corrente e da freqüência respiratória e consequentemente, há aumento do volume minuto, que varia principalmente em função do volume corrente. Em geral, o volume corrente e a freqüência respiratória estão interrelacionados para promover uma adequada ventilação com o mínimo trabalho ou com mínimo esforço dos músculos respiratórios.
Na transição do exercício de intensidade leve para moderada e intensa, tanto o volume corrente quanto a freqüência respiratória contribuem para o aumento do volume minuto, sendo que a freqüência respiratória torna-se mais importante, enquanto o volume corrente apresenta um platô em altas intensidades. Grande parte do aumento do volume corrente é devido ao incremento do volume inspiratório final, e o da freqüência respiratória deve-se principalmente pelo menor tempo expiratório, já que o tempo inspiratório contribui em um terço da redução do tempo total do ciclo respiratório.
Alguns autores referem que estas mudanças devem-se à duração do exercício e ao trabalho dos músculos respiratórios.
Para outros, o aumento da freqüência respiratória deve estar relacionado com fadiga dos músculos inspiratórios e/ou alteração da mecânica respiratória.
Entretanto, a resposta do padrão respiratório é diferente de acordo com a intensidade do exercício.
Para exercícios a altos níveis de ventilação, é possível que o padrão respiratório seja ditado pelo feedback mecânico respiratório, como receptores vagais e receptores da parede torácica.
A respiração durante o exercício em sujeitos normais, expressado pelas relações de volume corrente com tempo inspiratório e tempo expiratório, tem sido estudado por vários investigadores.
O tempo inspiratório é dependente do volume pulmonar em baixas e altas intensidades, sendo que a atividade muscular expiratória já ocorre em baixas intensidades, combinada com o controle do fluxo expiratório, do volume expiratório final e do tempo expiratório, à medida que a freqüência respiratória aumenta. Além disso, tempo inspiratório / tempo total do ciclo respiratório aumenta com o volume minuto e com a intensidade do exercício, indicando que o tempo expiratório diminui com alta intensidade. Esta mudança no aumento do tempo inspiratório / tempo total do ciclo respiratório presumivelmente reduz o custo de oxigênio para uma dada demanda ventilatória induzida por exercício.
Alguns autores falam que a taquipnéia fadiga predominantemente o diafragma, enquanto que a respiração resistida impõe maior carga aos músculos da caixa torácica, em comparação com o diafragma. Isto sugere que a fadiga dos músculos da caixa torácica, em comparação com a fadiga diafragmática, afeta mais o padrão respiratório durante o exercício. Existem dois possíveis mecanismos para explicar este fato:
- o alto volume minuto ser resultado do aumento da excitação colateral do centro respiratório, causado pelo aumento do drive respiratório, devido à necessidade dos membros inferiores de manter o mesmo trabalho;
- a depleção do glicogênio nos músculos dos membros inferiores, que aumenta o volume minuto.
Portanto, as alterações do padrão respiratório durante exercício intenso podem ser geradas pela fadiga dos músculos da caixa torácica, mais que a do diafragma, ou por fadiga dos músculos dos membros inferiores.
Durante o exercício, além do aumento do volume minuto, a demanda metabólica aumenta o consumo máximo de oxigênio, a produção de gás carbônico, o fluxo inspiratório, a pressão intrapleural e a força da musculatura inspiratória. As mudanças no volume e no fluxo são associadas às mudanças do comprimento dos músculos respiratórios e da velocidade de contração. A força máxima de contração muscular diminui quando o músculo encurta ou quando há o aumento da velocidade de contração.
Para os músculos respiratórios, a habilidade do músculo inspiratório em gerar pressão diminui com o aumento do volume pulmonar. Devido ao aumento do volume inspiratório final e do fluxo inspiratório, há uma demanda de trabalho aumentada e uma redução na capacidade de exercício relacionada aos músculos inspiratórios, sendo que os músculos expiratórios têm um importante papel na preservação da CI.
Portanto, durante o exercício, a demanda de trabalho aumentada da musculatura respiratória, associada ao aumento da intensidade, da frequência e da velocidade de contração, e ao decréscimo da capacidade da musculatura respiratória, contribui para o estresse da musculatura inspiratória. O recrutamento da musculatura expiratória é importante na ativação do controle do volume expiratório final através da diminuição do volume pulmonar inspiratório final e pelo aumento da capacidade dos músculos inspiratórios.
