Mecânica Respiratória

Mecânica Respiratória

SISTEMA RESPIRATÓRIO

É o sistema que tem sua principal função realizar trocas gasosas, regulando a PO₂ e a PCO_2. Isso é importante porque esse O₂ vai entrar no sistema respiratório passando por traqueia, pulmões, brônquios, bronquíolos e alvéolos até cair na corrente sanguínea onde ele será levado até as células pela hemoglobina. Esses alvéolos são a unidade funcional básica do sistema respiratório. São “sacos de ar” onde acontece à entrada do O₂ no sangue e de CO₂ no ar a ser expirado. Estão em contato íntimo com os capilares pulmonares. Eles são compostos por dois tipos de células, o tipo 1 envolvido com a troca de gases e o tipo 2 que sintetiza a substância surfactante. Os macrófagos alveolares ingerem o material estranho que chega aos alvéolos. 

• Imagem dos alvéolos:

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Esse processo respiratório acontece com uma troca de gases nos pulmões (ventilação pulmonar), o transporte dos gases e distribuição aos tecidos e troca de gases entre o sangue e os fluidos teciduais (respiração tecidual).

O processo respiratório vai regular fatores como a PO₂ e a PCO₂ que por sua vez vai influenciar na acidose e na regulação do pH fisiológico.

PLEURA

A pleura é a serosa que envolve o pulmão e é constituída por dois folhetos, o parietal e o visceral, que são contínuos na região do hilo do pulmão. Ambos são formados por mesotélio e uma fina camada de tecido conjuntivo, que contém fibras colágenas e elásticas. Este último tipo de fibra, presente no folheto visceral, tem continuidade com as mesmas presentes no parênquima pulmonar.

• Pressão na pleura = mais ou menos -4 mHg
• Isso garante que o pulmão fique aderido à pleura visceral. E que a pleura parietal fique aderida na caixa torácica. 

Essa pressão é, no início da inspiração, cerca de -5 milímetros de mHg, caracterizada pela sucção necessária para manter os pulmões abertos em seu nível de repouso. Durante a inspiração, essa pressão torna-se ainda mais negativa, cerca de -7,5 milímetros de mHg, devido à expansão da caixa torácica, que puxa os pulmões para fora com força ainda maior. Enquanto, na inspiração, a pressão pleural cai de -5 milímetros de mHg para -7,5 milímetros de mHg, há um aumento de 0,5 litro de volume pulmonar. Na expiração, ocorre o contrário.

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MECÂNICA VENTILATÓRIA

Nessa parte de “mecânica ventilatória” vamos mostrar os músculos que estão envolvidos com a respiração seja em repouso ou em exercício.

• Inspiração em repouso: envolve diafragma e intercostais externos.
• Inspiração em exercício: envolve diafragma, intercostais externos, escaleno, esternocleidomastoideo, trapézio e extensores das costas e do pescoço.
• Expiração em repouso: simples relaxamento do diafragma e intercostais externos.
• Expiração em exercício: envolve músculos abdominais e intercostais internos

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VOLUMES RESPIRATÓRIOS

O sistema respiratório humano comporta um volume total de aproximadamente 5 litros de ar – a capacidade pulmonar total. Desse volume, apenas meio litro é renovado em cada respiração tranquila, de repouso. Esse volume renovado é o volume corrente Se no final de uma inspiração forçada, executarmos uma expiração forçada, conseguiremos retirar dos pulmões uma quantidade de aproximadamente 4 litros de ar, o que corresponde à capacidade vital, e é dentro de seus limites que a respiração pode acontecer. Mesmo no final de uma expiração forçada, resta nas vias aéreas cerca de 1 litro de ar, o volume residual.

Nunca se consegue encher os pulmões com ar completamente renovado, já que mesmo no final de uma expiração forçada o volume residual permanece no sistema respiratório.

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Volume corrente: volume de ar inspirado ou expirado em cada movimento respiratório. Apresenta valores de repouso entre 400 e 600 ml e durante o exercício aumenta.

Volume de reserva inspiratório: volume máximo de ar que pode ser inspirado a partir de uma inspiração normal. Apresenta valores de repouso entre 3000 e 3100 ml e durante o exercício diminui.

 Volume de reserva expiratório: volume máximo de ar que pode ser expirado a partir de uma expiração normal. Apresenta valores de repouso entre 1000 e 1200 ml e durante o exercício diminui.

Volume residual: volume de ar que permanece nos pulmões ao final de uma expiração máxima. Apresenta valores de repouso entre 1000 e 1200 ml e durante o exercício diminui.

CAPACIDADES PULMONARES

Capacidade pulmonar total: quantidade de ar que podem conter os pulmões ao final de uma inspiração forçada máxima. Apresenta valores de repouso entre 5800 e 6000 ml e durante o exercício diminui.

Capacidade vital: volume máximo de ar que pode ser extraído dos pulmões, através de uma expiração forçada após uma inspiração forçada. Apresenta valores de repouso entre 4000 e 4800 ml e durante o exercício diminui.

Capacidade inspiratória: volume máximo de ar que pode ser inspirado a partir de uma expiração normal ou de repouso. Apresenta valores de repouso entre 3200 e 3600 ml e durante o exercício aumenta.

Capacidade residual funcional: é o volume de ar que permanece nos pulmões no repouso. O final da expiração de repouso é usado como linha limite porque varia menos que o final da inspiração.

RESUMINDO:

Capacidade residual funcional = vol. res. expir. + vol. res.

Capacidade inspiratória = vol. res. insp. + vol. corrente

Capacidade pulmonar total = cap. insp. + cap. res. func.

Capacidade Vital = vol. res. insp. + vol. corrente + vol. res. exp.

RESPIRAÇÃO E A PRESSÃO INTRAPULMONAR

O “gradiente de pressão” é o fenômeno que possibilita a mobilidade dos gases, sempre de uma área de maior pressão parcial para uma de menor pressão parcial. A expansão do tórax leva à expansão dos pulmões, diminuindo a pressão parcial do O₂. Então o ar penetra os pulmões pela diferença das pressões intrapulmonar e atmosférica. À medida que o ar enche os pulmões, a pressão intrapulmonar se iguala à atmosférica e cessa a inspiração. Na expiração ocorre o oposto: a compressão do tórax eleva a pressão intrapulmonar mais que a atmosférica e o ar sai dos pulmões.

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• VEF 1 = Será sempre menor do que a capacidade vital.

Volume expiratório forçado cronometrado de primeiro segundo(VEF1): O VEF1 avalia basicamente os distúrbios obstrutivos. Quando a CVF estiver diminuída por distúrbios restritivos ele diminuirá proporcionalmente.

Espirograma ilustrando o uso do fluxo aéreo expirado forçado para diagnosticar obstrução das vias aéreas. Observe a diferença acentuada no volume expiratório forçado em 1 segundo (VEF1) e na capacidade vital (CV) entre o indivíduo normal e o paciente com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC).

Capacidade vital forçada (CVF): O seu resultado será expresso em valores absolutos e em percentual de predito. Quando estiver abaixo de 80% do previsto, na presença de VEF1/CVF normal, sugere distúrbio restritivo. A confirmação pode ser feita através da medida da "capacidade pulmonar total" Na impossibilidade destes métodos, os achados radiológicos compatíveis com doença restritiva associados a redução de capacidade vital forçada confirmam a hipótese.

Relação VEF1/CVF: A razão entre estas duas medidas é a que melhor avalia a presença de distúrbios obstrutivos. O valor esperado para determinado indivíduo deriva da equação escolhida. Para indivíduos com até 45 anos espera-se o valor de 75% ou superior. Abaixo deste valor o diagnóstico de obstrução é sugestivo e deverá ser definido através da análise paralela de outros valores como FEF25-75, VEF1 e outros fluxos terminais.

• Agora vamos entender o conceito da “ventilação por minuto” e depois tentar ver como esse conceito junto com outros já aprendidos na disciplina funcionam durante o exercício. 

VENTILAÇÃO MINUTO

Quantidade de ar inspirado ou expirado em um minuto. É determinada conhecendo-se a frequência respiratória (FR) e o volume corrente (VC).

VE = FR x VC

Em repouso, um indivíduo jovem e treinado pode apresentar um VC de 0,5 l/min e uma FR de 12 movimentos/min, apresentando, portanto, uma VE de 6 l/min. A ventilação é proporcional à altura (tamanho) e é menor nas mulheres.

Fatores de controle da VE: o centro respiratório, localizado no bulbo, recebe informações humorais e neurais a partir das quais determinará a amplitude e frequência respiratória.

• Quantidade de O2 e subsequentes trocas no pH - ↑ CO2 arterial, ↓ o pH e estimula a ventilação;
• Baixo nível de O2 arterial e mudanças na PO2 – estimula a ventilação;
• Reflexos proprioceptores das articulações e músculos – estimulam a ventilação;
• Temperatura corporal - ↑ da temperatura corporal estimula a ventilação.

VENTILAÇÃO E O EXERCÍCIO FÍSICO

A ventilação aumenta durante o exercício físico proporcionalmente aos aumentos do consumo de oxigênio (VO₂) e da eliminação de gás carbônico (VCO₂). Entretanto, observa-se que nas intensidades elevadas a VE perde a linearidade com o VO₂, já que este se estabiliza e a VE continua aumentando, mas mantém com o VCO₂. Isto indica que a VE está mais relacionada à remoção do CO₂ do que ao VO₂.

Resposta ventilatória ao exercício com carga constante: responde tipicamente em três fases:

• Fase I – quando há um aumento imediato da VE devido a fatores neurogênicos;
• Fase II – quando há um aumento gradual lento da VE até atingir um estado de equilíbrio para a carga de trabalho;
• Fase III – quando a VE permanece constante, em estado de equilíbrio.

*As fases II e III estão ligadas à resposta metabólica ao exercício, particularmente à produção de CO₂.

Resposta ventilatória ao exercício com aumento progressivo de cargas:

Nas intensidades baixas e moderadas a VE aumenta linearmente com a VO₂ e a VCO₂. Com o aumento da intensidade, haverá um ponto em que ocorrerá um acúmulo significativo de lactato no sangue. Então o “sistema de tamponamento do lactato pelo bicarbonato” é ativado, resultando na formação de ácido carbônico (H₂CO₃) que dissocia-se em CO₂ e H₂O. Este CO₂ originado pelo tamponamento do lactato contribui para um aumento na VCO₂ que estimulará a VE. Neste momento, a VE abandona o aumento proporcional ao VO₂ e passa a aumentar proporcionalmente ao VCO₂. Assim, percebe-se que o limiar ventilatório (ponto de aumento mais drástico) é coincidente com o limiar de lactato (ponto em que ocorre um aumento não linear dos níveis de lactato sanguíneo).

• Após entendido isso vamos tentar ver alguns aspectos práticos e aplicações praticas da ventilação. Como é a ventilação em exercício para uma pessoa com asma, como é para um fumante e outros aspectos importantes que foram falados em aula. 

VENTILAÇÃO E ALGUNS ASPECTOS PRÁTICOS

Manobra de Valsalva

Durante a respiração normal, a pressão intrapulmonar varia apenas 2 ou 3 mmHg em relação à atmosférica. Se a glote é fechada após uma inspiração completa (Manobra de Valsalva) e os músculos expiratórios estão maximamente ativados, as forças de compressão de exalação podem aumentar a pressão intratorácica em mais de 150 mmHg acima da atmosférica. Esta pressão aumentada é transmitida para as veias da região torácica, reduzindo o fluxo sanguíneo ao coração, diminuído a pressão arterial e o suprimento de sangue ao cérebro, causando tontura e até síncope.

Asma e o Exercício Físico

Asma é o estreitamento dos bronquíolos (pequenos canais de ar dos pulmões) que dificulta a passagem do ar provocando contrações ou broncoespasmos. As crises comprometem a respiração, tornando-a difícil.

A asma é caracterizada por uma hiperirritabilidade das vias aéreas pulmonares, e que se manifesta através de tosse e falta de ar devido à broncoconstrição e consequente diminuição do fluxo de ar. Mucosa produz histamina que provoca um espasmo muscular que gera uma bronquioconstrição.

Vários fatores podem desencadear uma crise de asma: alguns medicamentos, infecções, alergias, poluição do ar, stress emocional, exposição a determinados metais e o exercício físico.

Os desencadeadores comuns da asma incluem:

• Animais (pelo ou caspa de animais domésticos)
• Poeira
• Mudanças climáticas (com mais frequência em clima frio)
• Produtos químicos no ar ou nos alimentos
• Mofo
• Pólen
• Infecções respiratórias como o resfriado comum
• Fumo
• Inverno = ar frio e Verão = pólen, são os períodos com maior frequência de asma.
• Natação é bom porque no ambiente onde é feito essa pratica não tem agentes alergênicos (exceto o cloro).  

Quando os bronquíolos inflamam, segregam mais muco o que aumenta o problema respiratório. Na asma, expirar é mais difícil do que inspirar, uma vez que o ar viciado permanece nos pulmões provocando sensação de sufoco. A asma acomete pessoas de qualquer idade. A maioria dos casos, todavia, é diagnosticada na infância e é comum manifestar-se em pessoas de uma mesma família.

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Asma induzida pelo exercício (AIE): 

durante o exercício ocorre o aumento da VE, acompanhado de um ressecamento e resfriamento da mucosa respiratória, pois o ar deve ser umidificado e aquecido ao ser inalado. Após o exercício ou ao final deste, há o reaquecimento e a reumidificação da mucosa, e este “gradiente térmico” estimula a liberação de mediadores químicos que causam broncoespasmo em indivíduos suscetíveis. Por isso recomenda-se o exercício em ambientes mais quentes e mais úmidos, diminuindo o gradiente térmico. A prática de exercícios físicos não cura a asma, mas aumenta a reserva pulmonar, a capacidade vital (que é reduzida no asmático) e reduz o trabalho ventilatório através da broncodilatação do exercício.

DIFERENÇAS ENTRE ASMA E BRONQUITE

Muitas pessoas confundem asma com bronquite crônica, os sintomas realmente são parecidos. Tose, produção exagerada de muco e bronquioconstrição (fechamento dos brônquios). A diferença entre asma e bronquite crônica é que as crises de asma e bronquite crônica surgem e desaparecem, só os pacientes com asma moderada ou grave é que tem os sintomas contínuos. Já na bronquite crônica a tose é continua, com muita produção de muco e permanece de mais de três messes no ano, durante pelo menos dois anos consecutivos. 

Ventilação e o Fumo

Em repouso, 1 a 2% do consumo de oxigênio corporal total é usado para realizar a ventilação, ou seja, vai para os músculos envolvidos na ventilação. Em exercício este valor aumenta para 8 a 10% do VO₂ corporal total, devido ao aumento do VC e da FR. O custo de oxigênio para a ventilação no fumante pode ser 2 a 4 vezes maior, para vencer o aumento da resistência das passagens respiratórias causado pela nicotina, que causa broncoconstrição. Por isso o fumante cansa mais rápido, já que destina uma maior quantidade de O₂ para a ventilação, diminuindo a quantidade para os músculos ativos.

Segundo Fôlego

É o juste de uma sensação de cansaço respiratório no início do exercício, para uma sensação mais confortável no decorrer deste. Deve-se provavelmente a:

• Ajustes lentos da VE no início do exercício;
• Oxidação do lactato acumulado no início do exercício;
• Alívio da fadiga muscular localizada nos músculos respiratórios;
• Fatores psicológicos;
• Redistribuição do fluxo sangüíneo ao diafragma;
• Acúmulo de β-endorfinas, que causam bem estar

Anemia e o Exercício

É caracterizada pela redução da concentração de hemoglobina no sangue. A concentração considerada normal é de 15 g/dl de sangue. Existem dois tipos de anemia induzidas pelo exercício:

• Anemia verdadeira: devido á deficiência de ferro, mais comum em mulheres, pois estas perdem ferro na menstruação. O exercício e treinamento pesados criam uma demanda maior de ferro, levando a uma queda nos níveis de hemoglobina. Isso pode ocorrer pela perda de ferro no suor e perda de hemoglobina na urina devido à destruição das células vermelhas com o aumento da temperatura corporal, trauma mecânico e maiores taxas circulatória.
• Pseudoanemia: o aumento no volume plasmático que ocorre com o treinamento nem sempre é acompanhado de aumentos correspondentes da concentração de células vermelhas e hemoglobina. Então há uma diluição na concentração de hemoglobina, caindo para níveis abaixo dos considerados normais.

DOENÇAS FIBROSANTES

Fibrose pulmonar (Doença Intersticial Pulmonar - DIP) é uma condição em que gradualmente o tecido pulmonar, marcadamente os alvéolos pulmonares (“sacos” onde se realizam as trocas de gases nos pulmões), tornam-se substituídos por uma fibrose cicatricial. Dessa forma, os alvéolos deixam de funcionar recebendo o oxigênio e expelindo gás carbônico, levando a uma perda irreversível na capacidade dos pulmões. Contudo, nem toda DIP leva necessariamente à fibrose pulmonar.

Na maioria das vezes a fibrose pulmonar é causada por uma Doença Intersticial Pulmonar (DIP), entre as quais se incluem dezenas de doenças que causam inflamação na parte terminal dos pulmões (alvéolos) e levam à cicatrização e fibrose progressivas.

As principais causas de DIP são:

• Pneumoconioses: devido à inalação de poeiras inorgânicas como a sílica ou o asbesto. Pneumonias de hipersensibilidade às poeiras orgânicas como as que afetam os criadores de aves, ao mofo, à sauna, ao ar-condicionado.
• Uso de drogas.
• Gases, fumaças e vapores.
• Doenças autoimunes como as doenças reumáticas e doenças pulmonares como a sarcoidose e a bronquiolite.

Há também, além dessas, uma fibrose pulmonar idiopática de causa desconhecida, que pode acometer os dois pulmões. Em alguns raros casos, a fibrose pulmonar idiopática pode ocorrer em vários membros de uma mesma família e passar de uma geração para a geração seguinte.

PARALISIA DO BATIMENTO CILIAR

É causada pela nicotina, o fumo continuo provoca a destruição ciliar, O batimento ciliar é prejudicado e os cílios se tornam imóveis, tornando assim o organismo suscetível a infecções respiratórias. O muco ciliar adere partículas de poeira e bactérias presentes no ar inalado, e que graças ao movimento dos cílios são varridas para fora e expelidas ou engolidas. O epitélio mucociliar, que reveste as vias aéreas, tem um papel imprescindível na purificação do ar levado aos alvéolos pulmonares.

Principais doenças causadas pelo cigarro:

• Câncer de pulmão
• Câncer de boca
• Câncer de laringe
• Câncer de estômago
• Leucemia
• Infarto do miocárdio
• Enfisema nos pulmões
• Impotência sexual
• Bronquite
• Trombose vascular
• Catarata
• Aneurisma arterial
• Rinite Alérgica
• Úlcera do aparelho digestivo
• Infecções respiratórias
• Angina

Enfisema Pulmonar

O enfisema pulmonar ou Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) é uma doença degenerativa, que geralmente se desenvolve depois de muitos anos de agressão aos tecidos do pulmão devido ao cigarro e outras toxinas no ar. Essas toxinas provocam a dilatação excessiva dos alvéolos. Como resultado, isso dificulta o contato do ar com o sangue, uma vez que foi destruído o tecido por onde passavam os vasos. À medida que os danos progridem, o esforço para respirar aumenta. 

O enfisema pode ser congênito: por deficiência da alfa-1 antitripsina ou adquirido devido ao fumo ou a outras doenças como bronquite, asma, fibrose cística ou outras doenças respiratórias crônicas.

O diagnóstico da doença é baseado nos sintomas apresentados e no histórico de vida do paciente. Um exame será pedido para avaliar a inflamação do pulmão e a ausculta pulmonar será realizada para verificar os sons produzidos pelo pulmão no momento da respiração. O tratamento para o enfisema pulmonar requer, deixar de fumar e o uso de medicamentos corticoides e broncodiladores. Alguns casos podem necessitar de oxigenioterapia.

TROCAS GASOSAS e EFEITO BOHR

O O₂ pode ser transportado dissolvido no plasma ou combinado quimicamente com a hemoglobina, formando a oxihemoglobina. A solubilidade do O₂ no plasma é pequena, portanto, muito pouco pode ser transportado pelo plasma (2 a 4%). Mas a quantidade dissolvida no plasma é a que define a pressão parcial arterial (PaO₂) e venosa (PvO₂).

Quanto maior a pressão parcial de O₂ (PO₂), maior a sua associação com a hemoglobina; quanto menor a PO₂, maior a sua dissociação com a hemoglobina. Mas a saturação da hemoglobina com o O₂ não tem uma relação completamente linear com a PO₂ e sim, na forma de um “S”. Assim, a saturação da hemoglobina com O₂ mantém se elevada mesmo quando baixa um pouco a PO₂, garantindo uma margem de segurança para eventuais reduções na oferta de O₂, como no caso de pneumopatias e altitude. Abaixo de 40 mmHg de PO₂ a curva de dissociação demonstra uma queda acentuada, garantindo que quando os glóbulos vermelhos atingem os tecidos, a hemoglobina tenha uma menor afinidade pelo O₂, liberando-o para estes.

Pressões parciais de oxigênio (PO₂) e de dióxido de carbono (PCO₂) no sangue resultante da troca gasosa entre os capilares e os tecidos. Observe que a PO₂ alveolar de 105 é o resultado da mistura do ar atmosférico (159 mmHg ao nível do mar) com o gás alveolar existente juntamente com vapor de água.

A saturação de hemoglobina com O₂ é afetada pela temperatura corporal, pH sanguíneo e quantidade de CO₂ no sangue. Durante o exercício físico há aumento da temperatura corporal, diminuição do pH sangüíneo e aumento da concentração de CO₂ no sangue, desviando a curva de dissociação da hemoglobina para a direita e para baixo. Isso permite que, para uma mesma PO₂ a hemoglobina tenha menor afinidade pelo oxigênio, acarretando maior oferta deste para os tecidos. A esse fenômeno denomina-se Efeito Bohr.

• O gráfico a baixo tenta mostrar em imagem os dados explicados sobre o efeito bohr.

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Transporte de O2 pela Hemoglobina

O transporte de O₂ no sangue é em maior parte feito ligado à hemoglobina, proteína presente nas hemácias. Cada molécula de hemoglobina combina-se com quatro moléculas de gás oxigênio, formando a Oxi-Hemoglobina. Nos alvéolos pulmonares o O₂ difunde-se para os capilares sanguíneos e penetra nas hemácias, onde se combina com a hemoglobina, enquanto o CO₂ é liberado para o ar (processo chamado hematose). Nos tecidos ocorre um processo inverso: o O₂ dissocia-se da hemoglobina e difunde-se, atingindo as células. A maior parte do CO₂ (cerca de 70%) liberado pelas células, penetra nas hemácias e reage com a água, formando o ácido carbônico, que logo se dissocia e dá origem a íons H+ e bicarbonato (HCO3-), difundindo-se para o plasma sanguíneo, onde ajudam a manter o grau de acidez do sangue. Cerca de 23% do CO₂ liberado pelos tecidos associam-se à própria hemoglobina, formando a carboemoglobina. O restante dissolve-se no plasma. 

• Cerca de 5 a 7% do gás carbônico liberado pelos tecidos dissolvem-se diretamente no plasma sanguíneo e assim é transportado até os pulmões. Outros 23% se associam a grupos amina da própria hemoglobina e de outras proteínas do sangue, sendo por elas transportados.
• A maior parte do CO2 liberado pelos tecidos (cerca de 70%) penetra nas hemácias e é transformado, por ação da enzima anidrase carbônica, em ácido carbônico, que posteriormente se dissocia nos íons H+ e bicarbonato.

Transporte de Gás Carbônico

Como o O₂, o CO₂ é transportado dissolvido no plasma ou em combinação química. A quantidade de CO₂ dissolvido representa 5% do total transportado, sendo relativamente pouco importante como mecanismo de transporte, mas é o que determina a PCO₂ sanguínea. Assim, é um importante mecanismo regulatório cardiorrespiratório. Já a quantidade transportada em combinação química tem duas possibilidades:

• Com a hemoglobina, formando a carboaminohemoglobina;
• Com H2O formando ácido carbônico (H2CO3) que é dissociado em íon H+ e íon carbonato (HCO3-)

Entendido alguns sistemas de transporte de gases, como funciona a ventilação e outros conceitos em exercício, agora vamos ver um pouco das propriedades físico químicas do ar e depois tentar ver como se da à adaptação a altitude o e o exercício em altitude. 

Imagem mostrando as propriedades Físico-Químicas do ar.

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Pressão atmosférica é a pressão que o ar da atmosfera exerce sobre a superfície do planeta. Essa pressão pode mudar de acordo com a variação de altitude, ou seja, quanto maior a altitude menor a pressão e, consequentemente, quanto menor a altitude maior a pressão exercida pelo ar na superfície terrestre.

• Pressão ATM é de 760 mmHg ao nível do mar.

Em condições normais a pressão de O₂ no gás alveolar é de aproximadamente 105 mmHg. Devido à espessura da membrana alvéolo-capilar ser mínima em condições normais, o O₂ alveolar difunde-se praticamente sem impedimento para o sangue capilar e pulmonar, motivo pela qual a PO₂ normal é um pouco menor que a pressão de O₂ no gás alveolar. Esta pequena diminuição deve-se à existência de sangue venoso que não se oxigena no pulmão, mas que passa diretamente para o lado arterial

No sangue venoso a PCO₂ é aproximadamente de 45 mmHg, enquanto no gás alveolar é de 40 mmHg. As pressões a este nível equilibram-se mais rapidamente, de forma que a PCO₂ na prática é igual à pressão alveolar de CO₂ (PCO₂). A PCO₂ varia amplamente de acordo com as trocas da ventilação alveolar. Se existe uma maior ventilação alveolar, elimina-se mais CO₂ e, portanto a PCO₂ cai abaixo do seu limite normal de 35 mmHg, o que se denomina Hipocapnia. A diminuição da ventilação por outro lado, produz o efeito inverso, o aumento da PCO₂ acima dos 45 mmHg condiciona a chamada Hipercapnia.

• Pressão alveolar O2 105 mmHg (menor porque ela se mistura com o O2 do alvéolo).
• Pressão arterial O2 105 mmHg
• Pressão venosa O2 aproximadamente 40 mmHg
• Pressão arterial CO2 aproximadamente 40 mmHg
• Pressão venosa CO2 aproximadamente 45 mmHg
• Isso ao nível do mar com uma pressão ATM O2 de 160.

Regulação de ventilação durante o exercício

O gráfico abaixo apresenta como se comportam as curvas de concentração de lactato, VCO₂, VO₂, VE, pH e pCO₂, quando é aumentada a carga de trabalho.

A VCO₂ (produção de CO₂) aumenta conforme aumenta a carga de trabalho. Isso se dá por causa do aumento da atividade oxidativa e do consumo de oxigênio. Depois do 1^o limiar de lactato, a produção de CO₂ aumenta em maior proporção devido ao tamponamento de H⁺. Os hidrogênios liberados pelo ácido láctico, reagem com HCO₃^- (bicarbonato), formando H₂CO₃ (ácido carbônico) que é separado em água e CO₂, pela anidrase carbônica. Em seguida a água e CO₂ são liberados no plasma. O CO₂ produzido pelo tamponamento é responsável pelo aumento da ventilação entre o 1^o e o 2^o limiar.

A VE (ventilação) aumenta desde o início do exercício pela ativação de mecanorreceptores e pelo aumento da VCO₂. No 1^o limiar de lactato, a ventilação aumenta devido o aumento de CO₂, que causa o tamponamento de H⁺. A partir do 2^o limiar de lactato, a ventilação aumenta ainda mais, pelo grande aumento de concentração de hidrogênios livres (H⁺).

O pH é constante até o 1^o limiar porque a concentração de lactato é constante. Conforme a concentração de lactato aumenta, o pH começa a cair, tendo uma queda ainda maior após o 2^o limiar de lactato.

A PCO₂ (pressão de CO₂) se mantém constante até o 2^o limiar porque a produção de CO₂ e a ventilação aumentam de forma proporcional. A partir do momento em que a ventilação aumenta mais que a produção do gás, a pressão de CO₂ começa a cair.

O aumento desproporcional de CO2 é chamado de V SLOPE. V SLOPE é a formação extra mitocondrial de CO2, causado pelo tamponamento de H+.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA E ALTITUDE

A variação da pressão atmosférica está ligada à força da gravidade. Essa força tem origem no centro da Terra e atrai tudo o que está no planeta, inclusive a atmosfera (camada de gases que circunda a crosta terrestre). Quanto mais próximo da superfície, maior é a força exercida e, portanto, maior a pressão que a atmosfera faz sobre um ponto.

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Exercício e a altitude

Pela menor disponibilidade de oxigênio, a intensidade do exercício é reduzida na altitude, e as adaptações geradas por essa exposição são os principais fatores a serem avaliados quando há programada uma competição em altitude elevada.

Ao realizar um exercício físico na altitude, temos dois tipos de estresses aos quais o corpo mais responde e se adapta, o exercício e a hipóxia, que é a quantidade reduzida de oxigênio num ambiente, e afeta diretamente a intensidade do exercício.

Ao nível do mar o ar exerce uma pressão atmosférica de 760 mmHg, com um percentual de oxigênio de cerca de 20,93%. Na altitude, o ar ambiente continua contendo 20,93% de oxigênio, porém, a pressão atmosférica é menor conforme ascendemos a níveis maiores de altitude, fazendo com que diminua o número de moléculas de oxigênio por unidade de volume, ou seja, uma menor pressão parcial de oxigênio (PO₂).

O VO₂ máx é reduzido a 85% do valor ao nível do mar, numa altitude de 3.000 m. A 5.000 m de altitude, esse valor é de apenas 60% do valor conseguido ao nível do mar, e no pico do Monte Everest (8.848 m) o consumo máximo de oxigênio fica em menos de 30% do valor ao nível do mar.

As alterações fisiológicas, como consequência da hipóxia, ocorrem nos primeiros momentos de exposição à altitude. Essas adaptações são fundamentais para o fornecimento de oxigênio aos tecidos.

Respostas imediatas à altitude
Pulmonares	Cardiovasculares
Hiperventilação	Queda leve do Volume sistólico
Sangue mais alcalino (queda PCO2 devido a hiperventilação)	Queda leve do Débito cardíaco

• Os principais ajustes que ocorrem em resposta à exposição aguda à altitude são a hiperventilação e um maior débito cardíaco (em repouso e em exercício submáximo). Exposições prolongadas à altitude proporcionam ajustes que ocorrem de maneira mais lenta, para melhorar a tolerância à hipóxia, como um equilíbrio ácido-básico dos líquidos corporais, um aumento no número de hemácias e maior concentração de hemoglobina.

Pressão Atmosférica. A cima de 1.500 metros de altitude a cada 1.000 metros se perde 10% do Vo2 máx.
Altitude (metros)	VO2 máx.
1.500	- 0%
2.500	- 10%
3.500	- 20%
4.500	- 30%

Tabela comparando mostrando a relação da altitude com a pressão ATM e a PO2
Altitude	Pressão ATM	PO2
0	760	159
1000	674	141
2000	596	124
3000	526	110
4000	462	96
5000	405	85
6000	354	74
7000	308	64
8000	267	56
9000	231	48
A pressão alveolar vai ser sempre menor do que a PO2

  

Processo de adaptação à altitude.
Curto Prazo:	Médio Prazo:	Longo Prazo:
Queda PO2 arterial	Retirar alcalose (base) do sistema	Excreção de eritropoietina (EPO)
Taquipnéia	Excretar HCO3 (excreção de bicarbonato por urina).	Aumento de hemácias
Queda PCO2	Hemoconcentração (maior concentração do sangue).	Mais hemoglobina
Alcalose respiratória
Sangue fica mais alcalino

• Os efeitos da aclimatação (adaptação à altitude) variam conforme a altitude e a individualidade biológica. Uma adaptação plena a uma altitude média pode ser apenas uma adaptação parcial a altitudes maiores.
• O tempo ideal necessário para a aclimatação, numa média geral contando a partir de 1.600 metros a cada aumento de 600 m necessita de uma semana adicional para uma aclimatação plena.
• Atletas que iram participar de modalidades anaeróbicas não precisam fazer esse tipo de adaptação.

Adaptação á altitude

Quanto maior a altitude, menor a pressão barométrica (760 mmHg no nível do mar), o que resulta em uma menor PO₂ atmosférica e consequentemente, uma menor PO₂ alveolar, diminuindo a saturação da hemoglobina com oxigênio. Esta hipóxia causa aumento da ventilação, do débito cardíaco em repouso e submáximo devido ao aumento da FC e aumento da resistência vascular pulmonar, o que aumenta a pressão arterial na circulação pulmonar (podendo levar a um edema pulmonar).

A hipóxia estimula alguns mecanismos de adaptação denominados conjuntamente de ACLIMATAÇÃO: aumento do número de células vermelhas, e hemoglobina, eliminação de bicarbonato na urina (para manter o pH sanguíneo em níveis normais), aumento da capilarização tecidual e muscular, aumento da concentração de mioglobina, aumento da densidade mitocondrial, aumento das enzimas oxidativas. Quanto maior a altitude, mais tempo é necessária para a aclimatação. Estas mudanças normalizam após 3 ou 4 semanas no nível do mar.

A altitude parece afetar mais exercícios aeróbicos, pois tende a haver uma redução no VO₂max de 3 a 3,5% a cada 300m de altitude, a partir de 1500m.

A exposição à altitude e a anemia aumentam os níveis de 2,3 difosfoglicerato (2,3 DPG) que é um subproduto da glicólise anaeróbica. Este composto liga-se ás subunidades da molécula de hemoglobina, reduzindo a sua afinidade ao oxigênio, teoricamente disponibilizando mais O2 aos tecidos. Funciona como um mecanismo compensatório.

MERGULHO

Prender a respiração durante a submersão

Ao prender a respiração sem mergulhar, a P_ACO₂ aumenta e a P_AO₂ diminui, como seria de esperar com uma produção continua de CO₂ e consumo continuo de O₂ pelo corpo. Uma vez que o estimulante ventilatório mais potente é um aumento da P_ACO₂, a renteção da respiração é acompanhada por uma maior força química para ventilar. É essa força que é sentida pelo cérebro e que causa uma necessidade intolerável para respirar. Embora a hiperventilação imediatamente antes de prender a respiração possa baixar a P_ACO₂ e, portanto, retardar seu aumento para estimular a ventilação, essa manobra é perigosa porque a P_AO₂ continua diminuindo e pode causar um suprimento reduzido de oxigênio ao cérebro e inconsciência. Essa é uma ocorrência com risco de vida para alguém que está submergindo e, principalmente, quando a pessoa mergulha perdendo a respiração em locais onde a P_AO₂ pode diminuir dramaticamente durante a subida.

Descendo a maiores profundidades durante a retenção, o aumento das forças de compressão diminui o volume no pulmão e a pressão nas outras cavidades do corpo. Assim, as pressões nessas cavidades precisam ser igualadas à maior pressão dos arredores para impedir a ruptura dos vasos por compressão excessiva (denominada “squeeze”). Isto é, em geral percebido pelo ouvido interno e a trompa de Eustáquio.

Durante o mergulho sobre pressões crescentes, a diminuição dos volumes do pulmão pode ser tolerada até o ponto no qual o volume do pulmão se iguala ao volume residual. Alem desse ponto, persistentes aumentos da pressão são exercidos sobre o que é agora uma caixa pulmonar fechada, que por sua vez corre o risco de romper os alvéolos. Portanto, a profundidade-limite para o mergulho prendendo a respiração depende do volume residual em relação a capacidade pulmonar total.

O mergulhador deve subir de volta a superfície de forma lenta e soltando todo o ar possível, pois com a diminuição da pressão externa, os gases nos pulmões tendem a aumentar de volume, distendendo pulmões, rompendo alvéolos podendo ocasionar uma hemorragia do tecido pulmonar ou ainda os gases podem ser forçado para dentro dos capilares formando embolias gasosas.

(A imagem pode ser aberta no seu tamanho original clicando nela)

Ao prender a respiração sem mergulhar, a P_AO₂ diminui e a P_ACO₂ aumenta, como seria esperado pelo metabolismo. Prendendo a respiração ao mergulhar a grandes profundidades (B) como mostra a figura acima, a maior pressão da água aumenta a PO₂ apesar da contínua atividade metabólica do corpo. No entanto, ao retornar à superfície, a pressão decrescente pode baixar rapidamente a P_AO₂ a níveis perigosos, aumentando o risco de desmaio.

Atividade física na agua

• Pressão hidrostática: considerada por muitos autores a propriedade mais importante da água. “A pressão do líquido é exercida igualmente sobre todas as áreas da superfície de um corpo imerso em repouso a uma determinada profundidade”.

• Viscosidade: o tipo de atrito que ocorre entre as moléculas de um líquido oferece resistência ao movimento debaixo d’água em qualquer direção, provocando turbulência maior ou menor de acordo com a velocidade que executa-se o movimento. Quanto mais rápido o movimento, maior a turbulência! A turbulência é menor por movimentos mais lentos e posição aerodinâmica. A turbulência é maior por movimentos rápidos e posição ou equipamento não aerodinâmicos.

• Termoregulação: o corpo perde calor com mais rapidez na água pois é um meio mais denso. A turbulência acelera este processo pois aumenta o volume da água que entra em contato com o corpo. Fora da água o calor produzido pela atividade muscular aumenta a temperatura corporal central. O esfriamento corporal na água é contra balanceado aumentando a taxa de atividade muscular.

Alterações cardiovasculares 

Em repouso e imerso até o processo xifóide do esterno, ocasiona uma redistribuição proporcionando aumento em 34% no débito cardíaco e de 700% na diurese. Isso ocorre do sangue e outros líquidos na direção do centro do corpo, em cerca de 700ml devido à pressão hidrostática exercida sobre a parte submersa.

Quanto maior a profundidade da imersão, maior será redução do peso hidrostático (menos 13 a 20%) e menor será a FC (menos 6 a 12 bpm). Isto ocorre porque com a imersão há uma tendência ao coração dilatar-se e um aumento da distensão máxima durante a diástole em 31%.

A temperatura da água pode ser vasodilatadora, diminuindo a FC. Em exercício moderado na água aquecida a FC ficará de 10 a 25 bpm inferior do que o mesmo trabalho percebido fora d’água.

A imersão causa aumento na pressão venosa central de 10 a 15 mmHg. Pela dificuldade de usar frequencímetro na água, usa-se muito a Escala de Borg de Percepção de Esforço.

Alterações Respiratórias 

As alterações hidrostáticas e hemodinâmicas aumentam o trabalho respiratório em 65% em função da pressão hidrostática na parede torácica e redistribuição central de 700ml de sangue. 

• A Capacidade Vital reduz em 6%.
• O volume de reserva expiratória reduz em 66%.
• No asmático aumenta a capacidade vital.

Alterações Renais

No exercício na água não acontece o bloqueio de irrigação sangüínea para os rins (que desviaria para os músculos ativos) e os rins diminuem a velocidade de absorção da água filtrada em razão da inibição do ADH (desvio ao 700ml redistribuídos).

Há aumento de 700% na diurese.

Efeitos benéficos da imersão

• Redução de edemas articulares;

• Redução de líquido intersticial (aumenta a diurese) o que é bom para insuficiência cardíaca;

• Redução de edemas de lesões;

• Relaxamento.

Trabalho muscular na água

• Fora d’água os movimentos para cima contra a gravidade são concêntricos e para baixo excêntricos;

• Em imersão todo o trabalho muscular e concêntrico;

• Com objetos flutuantes, os músculos que trabalham e seu modo de ação são o oposto do que ocorre fora d’água.

Dores pós exercício

Newhan (1988) demonstrou que é o trabalho muscular excêntrico que pode causar dor muscular tardia, rigidez e lesão nas fibras pós-exercício. Então na água, como as contrações são concêntricas, as dores musculares pós-exercício são raras.