Anatomia e Fisiologia II

Em repouso, o sistema respiratório desempenha as suas funções a um ritmo constante e rítmico, conforme regulado pelos centros respiratórios do cérebro. Neste ritmo, a ventilação fornece oxigénio suficiente a todos os tecidos do corpo. Entretanto, há momentos em que o sistema respiratório deve alterar o ritmo de suas funções para acomodar as demandas de oxigênio do corpo.

Hiperpnea

Hiperpnea é um aumento da profundidade e da taxa de ventilação para atender a um aumento na demanda de oxigênio, como pode ser visto em exercícios ou doenças, particularmente doenças que visam as vias respiratórias ou digestivas. Isso não altera significativamente os níveis de oxigênio ou dióxido de carbono no sangue, mas apenas aumenta a profundidade e a taxa de ventilação para atender à demanda das células. Em contraste, a hiperventilação é um aumento da taxa de ventilação que é independente das necessidades celulares de oxigênio e leva a níveis anormalmente baixos de dióxido de carbono no sangue e pH sanguíneo elevado (alcalino).

Interessantemente, o exercício não causa hiperpneia como se poderia pensar. Os músculos que realizam trabalho durante o exercício aumentam a sua demanda de oxigênio, estimulando um aumento da ventilação. No entanto, a hiperpneia durante o exercício parece ocorrer antes que uma queda nos níveis de oxigénio dentro dos músculos possa ocorrer. Portanto, a hiperpneia deve ser impulsionada por outros mecanismos, em vez de ou em adição a uma queda nos níveis de oxigênio. Os mecanismos exatos por trás da hiperpneia do exercício não são bem compreendidos, e algumas hipóteses são um tanto controversas. Entretanto, além de baixo oxigênio, alto dióxido de carbono e baixos níveis de pH, parece haver uma complexa interação de fatores relacionados ao sistema nervoso e aos centros respiratórios do cérebro.

Primeiro, uma decisão consciente de fazer exercício, ou outra forma de esforço físico, resulta em um estímulo psicológico que pode acionar os centros respiratórios do cérebro para aumentar a ventilação. Além disso, os centros respiratórios do cérebro podem ser estimulados através da ativação dos neurônios motores que intervêm nos grupos musculares privados que estão envolvidos na atividade física. Finalmente, o esforço físico estimula os proprioceptores, que são receptores localizados dentro dos músculos, articulações e tendões, que sentem o movimento e o alongamento; os proprioceptores criam assim um estímulo que pode também desencadear os centros respiratórios do cérebro. Esses fatores neurais são consistentes com o aumento súbito da ventilação que é observado imediatamente quando o exercício começa. Como os centros respiratórios são estimulados por estímulos psicológicos, neurônios motores e proprioceptores durante o exercício, o fato de haver também uma diminuição súbita na ventilação imediatamente após o término do exercício quando esses estímulos neurais cessam, apóia ainda mais a idéia de que eles estão envolvidos em desencadear as mudanças de ventilação.

Efeitos da Altitude

Um aumento na altitude resulta em uma diminuição na pressão atmosférica. Embora a proporção de oxigênio em relação aos gases na atmosfera permaneça em 21%, sua pressão parcial diminui (ver Tabela 1). Como resultado, é mais difícil para um organismo atingir o mesmo nível de saturação de oxigénio em altitude alta do que em altitude baixa, devido a uma pressão atmosférica mais baixa. Na verdade, a saturação da hemoglobina é menor em altitudes elevadas em comparação com a saturação da hemoglobina ao nível do mar. Por exemplo, a saturação da hemoglobina é cerca de 67% a 19.000 pés acima do nível do mar, enquanto que atinge cerca de 98% ao nível do mar.

Tabela 1. Pressão parcial de oxigênio a diferentes altitudes
Localização da amostra	Altitude (pés acima do nível do mar)	Pressão atmosférica (mm Hg)	Pressão parcial de oxigênio (mm Hg)
Cidade de Nova York, Nova Iorque	0	760	159
Boulder, Colorado	5000	632	133
Aspen, Colorado	8000	565	118
Pike’s Peak, Colorado	14.000	447	94
Denali (Mt. McKinley), Alasca	20.000	350	73
Mt. Everest, Tibet	29,000	260	54

Como você se lembra, a pressão parcial é extremamente importante para determinar quanto gás pode atravessar a membrana respiratória e entrar no sangue dos capilares pulmonares. Uma pressão parcial de oxigênio mais baixa significa que há uma menor diferença nas pressões parciais entre os alvéolos e o sangue, portanto menos oxigênio atravessa a membrana respiratória. Como resultado, menos moléculas de oxigênio são ligadas pela hemoglobina. Apesar disso, os tecidos do corpo ainda recebem uma quantidade suficiente de oxigénio durante o repouso em altitudes elevadas. Isto é devido a dois mecanismos principais. Primeiro, o número de moléculas de oxigénio que entram no tecido a partir do sangue é quase igual entre o nível do mar e as altitudes elevadas. Ao nível do mar, a saturação da hemoglobina é maior, mas apenas um quarto das moléculas de oxigénio são realmente libertadas para o tecido. Em altitudes elevadas, uma maior proporção de moléculas de oxigénio é libertada para os tecidos. Em segundo lugar, em altitudes elevadas, uma maior quantidade de BPG é produzida por eritrócitos, o que aumenta a dissociação do oxigênio da hemoglobina. O esforço físico, como o esqui ou caminhadas, pode levar a doenças de altitude devido à baixa quantidade de reservas de oxigênio no sangue em altitudes elevadas. Ao nível do mar, existe uma grande quantidade de reserva de oxigénio no sangue venoso (embora o sangue venoso seja considerado “desoxigenado”) da qual os músculos podem extrair durante o esforço físico. Como a saturação de oxigênio é muito menor em altitudes maiores, esta reserva venosa é pequena, resultando em sintomas patológicos de baixos níveis de oxigênio no sangue. Você já deve ter ouvido que é importante beber mais água quando se viaja em altitudes mais elevadas do que está acostumado. Isto porque o seu corpo irá aumentar a micção (micção) em altitudes elevadas para neutralizar os efeitos de níveis mais baixos de oxigénio. Ao remover fluidos, os níveis de plasma sanguíneo caem mas não o número total de eritrócitos. Desta forma, a concentração total de eritrócitos no sangue aumenta, o que ajuda os tecidos a obter o oxigénio de que necessitam.

Acute mountain sickness (AMS), ou doença de altitude, é uma condição que resulta da exposição aguda a altitudes elevadas devido a uma baixa pressão parcial de oxigénio a altitudes elevadas. A EMA normalmente pode ocorrer a 2400 metros (8000 pés) acima do nível do mar. A EMA é o resultado de níveis baixos de oxigênio no sangue, uma vez que o corpo tem dificuldade aguda de se ajustar à baixa pressão parcial de oxigênio. Em casos graves, a EMA pode causar edema pulmonar ou cerebral. Os sintomas da EMA incluem náuseas, vômitos, fadiga, vertigem, sonolência, sensação de desorientação, aumento do pulso e hemorragias nasais. O único tratamento para a EMA é descer para uma altitude mais baixa; entretanto, tratamentos farmacológicos e oxigênio suplementar podem melhorar os sintomas. A EMA pode ser prevenida subindo lentamente até a altitude desejada, permitindo que o corpo se aclimate, bem como mantendo a hidratação adequada.

Aclimatação

Especialmente em situações onde a subida ocorre muito rapidamente, viajar para áreas de altitude elevada pode causar EMA. Aclimatização é o processo de ajuste que o sistema respiratório faz devido à exposição crônica a uma altitude elevada. Durante um período de tempo, o corpo se ajusta para acomodar a pressão parcial inferior de oxigênio. A baixa pressão parcial de oxigênio em altitudes elevadas resulta em um menor nível de saturação de oxigênio de hemoglobina no sangue. Por sua vez, os níveis de oxigénio dos tecidos também são mais baixos. Como resultado, os rins são estimulados a produzir a hormona eritropoietina (EPO), que estimula a produção de eritrócitos, resultando num maior número de eritrócitos circulantes num indivíduo a uma altitude elevada durante um longo período. Com mais eritrócitos, há mais hemoglobina para ajudar a transportar o oxigénio disponível. Embora haja baixa saturação de cada molécula de hemoglobina, haverá mais hemoglobina presente e, portanto, mais oxigênio no sangue. Com o tempo, isso permite que a pessoa participe do esforço físico sem desenvolver EMA.

Capítulo de Revisão

Normalmente, os centros respiratórios do cérebro mantêm um ciclo respiratório consistente e rítmico. Entretanto, em certos casos, o sistema respiratório deve se ajustar às mudanças situacionais para fornecer ao organismo oxigênio suficiente. Por exemplo, o exercício resulta em aumento da ventilação, e a exposição crônica a uma altitude elevada resulta em um maior número de eritrócitos circulantes. Hiperpneia, um aumento na taxa e profundidade da ventilação, parece ser uma função de três mecanismos neurais que incluem um estímulo psicológico, a ativação dos neurônios motores dos músculos esqueléticos e a ativação dos proprioceptores nos músculos, articulações e tendões. Como resultado, a hiperpneia relacionada ao exercício é iniciada quando o exercício começa, ao contrário de quando a demanda de oxigênio dos tecidos realmente aumenta.

Em contraste, a exposição aguda a uma altitude alta, particularmente durante os momentos de esforço físico, resulta em baixos níveis de oxigênio no sangue e nos tecidos. Esta alteração é causada por uma baixa pressão parcial de oxigénio no ar, porque a pressão atmosférica em altitudes elevadas é inferior à pressão atmosférica ao nível do mar. Isto pode levar a uma condição chamada doença aguda das montanhas (EMA) com sintomas que incluem dores de cabeça, desorientação, fadiga, náuseas e vertigem. Durante um longo período de tempo, o corpo de uma pessoa se ajustará à altitude elevada, um processo chamado aclimatação. Durante a aclimatação, os baixos níveis de oxigênio dos tecidos farão com que os rins produzam maiores quantidades do hormônio eritropoietina, que estimula a produção de eritrócitos. O aumento dos níveis de eritrócitos circulantes fornece uma maior quantidade de hemoglobina que ajuda a fornecer mais oxigênio ao indivíduo, prevenindo os sintomas da EMA.

Self Check

Responda a(s) pergunta(s) abaixo para ver o quanto você entende os tópicos abordados na seção anterior.

Glossary

doença aguda da montanha (EMA): condição que ocorre como resultado da exposição aguda a altitude elevada devido a uma baixa pressão parcial de oxigênio

acclimatização: processo de ajuste que o sistema respiratório faz devido à exposição crônica a altitudes elevadas

hiperpneia: aumento da taxa e profundidade de ventilação devido a um aumento na demanda de oxigênio que não altera significativamente os níveis de oxigênio ou dióxido de carbono no sangue

hiperventilação: aumento da taxa de ventilação que leva a níveis anormalmente baixos de dióxido de carbono no sangue e pH elevado (alcalino) do sangue