Sistema respiratório: funções, partes, funcionamento

O sistema respiratório ou aparelho respiratório compreende uma série de órgãos especializados para mediar a troca de gases, que envolve a captação de oxigênio e a eliminação de dióxido de carbono.

Há uma série de etapas que permitem a entrada de oxigênio na célula e a remoção de dióxido de carbono, incluindo a troca de ar entre a atmosfera e os pulmões (ventilação), seguida pela difusão e troca de gases na superfície pulmonar , transporte de oxigênio e trocas gasosas no nível celular.

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Por LadyofHats, Jmarchn [Domínio público], via Wikimedia Commons

É um sistema variado no reino animal , composto de várias estruturas, dependendo da linhagem de estudo.Por exemplo, os peixes têm estruturas funcionais em um ambiente aquático, como brânquias, mamíferos têm pulmões e a maioria dos invertebrados traqueais.

Animais unicelulares, como protozoários , não necessitam de estruturas especiais para respiração e as trocas gasosas ocorrem por difusão simples.

Nos seres humanos, o sistema é composto pelas narinas, faringe, laringe, traquéia e pulmões. Estes últimos são ramificados sucessivamente em brônquios, bronquíolos e alvéolos . Nos alvéolos, ocorre troca passiva de moléculas de oxigênio e dióxido de carbono.

Definição de respiração

O termo “respiração” pode ser definido de duas maneiras. Coloquialmente, quando usamos a palavra respirar, descrevemos a ação de levar oxigênio e eliminar o dióxido de carbono para o ambiente externo.

No entanto, o conceito de respiração abrange um processo mais amplo do que simplesmente entrar e sair do ar na caixa torácica. Todos os mecanismos envolvidos com a utilização de oxigênio, transporte de sangue e produção de dióxido de carbono ocorrem no nível celular.

Uma segunda maneira de definir a palavra respiração é no nível celular e esse processo é chamado respiração celular, onde a reação do oxigênio ocorre com moléculas inorgânicas que produzem energia na forma de ATP (trifosfato de adenosina), água e dióxido de carbono.

Portanto, uma maneira mais precisa de se referir ao processo de captação e expulsão do ar através de movimentos torácicos é o termo “ventilação”.

Funções

A principal função do sistema respiratório é orquestrar os processos de captação de oxigênio do exterior através de mecanismos de ventilação e respiração celular. Um dos resíduos do processo é o dióxido de carbono que atinge a corrente sanguínea, passa para os pulmões e é removido do corpo para a atmosfera.

O sistema respiratório é responsável por mediar todas essas funções. Especificamente, é responsável por filtrar e umidificar o ar que entrará no corpo, além de filtrar moléculas indesejadas.

Também é responsável por regular o pH dos fluidos corporais – indiretamente – controlando a concentração de CO 2 , retendo ou eliminando-o.Por outro lado, está envolvido na regulação da temperatura, secreção de hormônios no pulmão e auxilia o sistema olfativo na detecção de odores.

Além disso, cada elemento do sistema é responsável por uma função específica: as narinas aquecem o ar e protegem os germes, a faringe, a laringe e a traquéia mediam a passagem do ar.

Além disso, a faringe está envolvida na passagem de alimentos e a laringe no processo de fonação. Finalmente, nos alvéolos ocorre o processo de troca gasosa.

Órgãos respiratórios no reino animal

Em animais pequenos, menores que 1 mm, podem ocorrer trocas gasosas através da pele. De fato, certas linhagens de animais, como protozoários, esponjas, cnidários e alguns vermes, realizam o processo de troca gasosa por simples difusão .

Em animais maiores, como peixes e anfíbios, a respiração da pele também está presente , a fim de complementar a respiração realizada pelas brânquias ou pulmões.

Por exemplo, os sapos podem realizar todo o processo de troca de gases através da pele nos estágios de hibernação, uma vez que estão totalmente submersos em lagoas. No caso das salamandras, existem amostras que não possuem pulmões e respiram através da pele.

No entanto, com o aumento da complexidade animal, é necessária a presença de órgãos especializados para a troca de gases e para atender às altas demandas de energia de animais multicelulares.

A anatomia dos órgãos que mediam a troca de gases em diferentes grupos de animais será descrita em detalhes abaixo:

Traquéias

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Por Bruce Blaus Ao usar esta imagem em fontes externas, ela pode ser citada como: equipe de Blausen.com (2014). «Galeria médica da Blausen Medical 2014». Jornal de Medicina 1 (2). DOI: 10.15347 / wjm / 2014.010. ISSN 2002-4436. [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], do Wikimedia Commons

Insetos e alguns artrópodes têm um sistema respiratório muito eficiente e direto. Consiste em um sistema de tubos, chamados traquéias, que se estendem por todo o corpo do animal.

As traquéias se ramificam em tubos mais estreitos (aproximadamente 1 µm de diâmetro) chamados tranqueolas. Eles são ocupados por líquidos e acabam em associação direta com as membranas celulares.

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Por Indolences (Arquivo: Throat Diagram.svg) [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

O ar entra no sistema através de uma série de aberturas que se comportam como uma válvula, chamada de espiráculos. Estes têm a capacidade de fechar em resposta à perda de água para evitar a dessecação. Também possui filtros para impedir a entrada de substâncias indesejadas.

Certos insetos, como as abelhas, podem realizar movimentos corporais que visam a ventilação do sistema traqueal.

Brânquias

Brânquias, também chamadas brânquias, permitem uma respiração eficaz em ambientes aquáticos. Nos equinodermos, eles consistem em uma extensão da superfície de seus corpos, enquanto os vermes e anfíbios marinhos são tufos ou tufos.

Os mais eficientes são os peixes e consistem em um sistema de brânquias internas. São estruturas filamentosas e com suprimento sanguíneo adequado que contraria o fluxo da água. Com este sistema “contracorrente”, é possível garantir a extração máxima de oxigênio da água.

A ventilação branquial está associada aos movimentos dos animais e à abertura da boca. Em ambientes terrestres, as brânquias perdem o suporte flutuante da água, secam e os filamentos se juntam, levando ao colapso de todo o sistema.

Por esse motivo, os peixes sufocam quando estão fora d’água, mesmo que tenham grandes quantidades de oxigênio ao seu redor.

Pulmões

Os pulmões dos vertebrados são cavidades internas, providas de vasos abundantes cuja função é mediar as trocas gasosas com o sangue. Em alguns invertebrados, fala-se em “pulmões”, embora essas estruturas não sejam homólogas entre si e sejam muito menos eficientes.

Nos anfíbios, os pulmões são muito simples, semelhantes a uma bolsa que em alguns sapos é subdividida. A área disponível para troca aumenta nos pulmões de répteis não aviários, que são subdivididos em numerosos sacos interconectados.

Na linhagem das aves, a eficiência dos pulmões aumenta graças à presença de sacos de ar, que servem como espaço de reserva de ar no processo de ventilação.

Os pulmões atingem sua complexidade máxima em mamíferos (veja a próxima seção). Os pulmões são ricos em tecido conjuntivo e estão rodeados por uma fina camada de epitélio chamada pleura visceral, que continua na pleura visceral, alinhada com as paredes torácicas.

Os anfíbios usam pressão positiva para a entrada de ar nos pulmões, enquanto répteis, aves e mamíferos não aviários usam pressão negativa, onde o ar é empurrado para os pulmões pela expansão da caixa torácica.

Partes (órgãos) do sistema respiratório em humanos

Nos seres humanos, e no restante dos mamíferos, o sistema respiratório consiste na porção superior, composta por boca, cavidade nasal, faringe e laringe; a porção inferior constituída pela traquéia e brônquios e a porção do tecido pulmonar.

Porção superior ou trato respiratório superior

As narinas são as estruturas pelas quais o ar entra, seguidas por uma câmara nasal estofada por um epitélio que secreta substâncias mucosas. As narinas internas conectam-se à faringe (o que geralmente chamamos de garganta), onde ocorre o cruzamento de duas vias: a digestiva e a respiratória.

O ar entra pela abertura da glote, enquanto a comida segue seu caminho através do esôfago.

A epiglote está localizada na glote, com o objetivo de impedir a entrada de alimentos no trato respiratório, estabelecendo um limite entre a orofaringe – porção localizada atrás da boca – e a laringofaringe – segmento inferior -. A glote se abre na laringe (“caixa de voz”) e isso, por sua vez, dá lugar à traquéia.

Parte baixa ou vias aéreas inferiores

A traqueia é um tubo em forma de tubo, com um diâmetro de 15 a 20 mm e 11 centímetros de comprimento. Sua parede é reforçada com tecido cartilaginoso, a fim de evitar o colapso da estrutura, graças a isso é uma estrutura semi-flexível.

A cartilagem está localizada na forma de meia-lua em 15 ou 20 anéis, ou seja, não circunda completamente a traquéia.

A tranquea se ramifica em dois brônquios, um para cada pulmão. A direita é mais vertical, em comparação à esquerda, além de ser mais curta e volumosa. Após essa primeira divisão, subdivisões sucessivas continuam no parênquima pulmonar.

A estrutura dos brônquios se assemelha à traquéia devido à presença de cartilagem, músculo e mucosa, embora as placas cartilaginosas diminuam até desaparecerem, quando os brônquios atingem um diâmetro de 1mm.

Dentro deles, cada brônquio é dividido em pequenos tubos chamados bronquíolos, que direcionam para o ducto alveolar. Os alvéolos têm uma única camada de células muito finas que facilita a troca de gases com o sistema capilar.

Tecido pulmonar

Macroscopicamente, os pulmões são divididos em lóbulos por fissuras. O pulmão direito é constituído por três lobos e o esquerdo possui apenas dois. No entanto, a unidade funcional de troca gasosa não é os pulmões, mas a unidade alveolocapilar.

Os alvéolos são pequenos sacos com cachos de uvas localizados no final dos bronquíolos e correspondem à menor subdivisão das vias aéreas. Eles são cobertos por dois tipos de células, I e II.

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Alvéolos

As células do tipo I são caracterizadas por serem finas e permitir a difusão de gases. Os do tipo II são mais que pequenos que o grupo anterior, menos finos e sua função é secretar uma substância do tipo surfactante que facilita a expansão do alvéolo na ventilação.

As células do epitélio são intercaladas com fibras do tecido conjuntivo, de modo que o pulmão é elástico. Da mesma forma, existe uma extensa rede de capilares pulmonares onde ocorrem trocas gasosas.

Os pulmões são cercados por uma parede com tecido mesotelial chamado pleura. Esse tecido é geralmente chamado de espaço virtual, pois não contém ar no interior e possui apenas um líquido em quantidades mínimas.

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Ilustração 3D da laringe traquéia brônquios parte do sistema respiratório.

Desvantagens dos pulmões

Uma desvantagem dos pulmões é que as trocas gasosas ocorrem apenas nos alvéolos e no ducto alveolar. O volume de ar que chega aos pulmões, mas está localizado em uma área onde não ocorre troca de gases, é chamado de espaço morto.

Portanto, o processo de ventilação humana é extremamente ineficiente. A ventilação normal pode substituir apenas um sexto do ar encontrado nos pulmões. Em um evento de respiração forçada, 20 ou 30% do ar fica preso.

Caixa torácica

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Caixa torácica

A caixa torácica abriga os pulmões e é formada por um conjunto de músculos e ossos. O componente ósseo é formado pela coluna cervical e dorsal, pela costela e pelo esterno. O diafragma é o músculo respiratório mais importante, encontrado na parte inferior da casa.

Existem músculos adicionais inseridos nas costelas, chamados intercostais. Outros participam da mecânica respiratória, como esternocleidomastóideo e escalenos, que vêm da cabeça e do pescoço. Esses elementos são inseridos no esterno e nas primeiras costelas.

Como funciona?

A captação de oxigênio é vital para os processos de respiração celular, onde a captação dessa molécula para a produção de ATP ocorre a partir dos nutrientes obtidos no processo de alimentação através de processos metabólicos.

Em outras palavras, o oxigênio serve para oxidar (queimar) moléculas e, assim, produzir energia. Um dos resíduos desse processo é o dióxido de carbono, que deve ser expelido do organismo. A respiração envolve os seguintes eventos:

Ventilação

O processo começa com a captação de oxigênio na atmosfera através do processo de inspiração. O ar entra no sistema respiratório pelas narinas, passando por todo o conjunto de tubos descritos, até atingir os pulmões.

A entrada de ar – respiração – é um processo normalmente involuntário, mas pode passar de automático para voluntário.

No cérebro , os neurônios da medula são responsáveis ​​pela regulação normal da respiração. No entanto, o corpo é capaz de regular a respiração, dependendo dos requisitos de oxigênio.

Uma pessoa comum em estado de repouso respira, em média, seis litros de ar a cada minuto, e esse número pode aumentar até 75 litros durante períodos de exercício intenso.

Troca de gás

O oxigênio na atmosfera é uma mistura de gases, composta por 71% de nitrogênio, 20,9% de oxigênio e uma pequena fração de outros gases, como o dióxido de carbono.

Quando o ar entra no trato respiratório, a composição muda imediatamente. O processo de inspiração satura o ar com a água e, quando o ar atinge os alvéolos, ele se mistura com o ar residual das inspirações anteriores. Nesse ponto, a pressão parcial do oxigênio diminui e a do dióxido de carbono aumenta.

Nos tecidos respiratórios, os gases se movem seguindo gradientes de concentração. Como as pressões parciais de oxigênio são mais altas nos alvéolos (100 mm Hg) do que no sangue dos capilares pulmonares (40 mm Hg), o oxigênio passa para os capilares através de um processo de difusão.

Da mesma forma, a concentração de dióxido de carbono é maior nos capilares pulmonares (46 mm Hg) do que nos alvéolos (40 mm Hg), razão pela qual o dióxido de carbono difunde na direção oposta: dos capilares sanguíneos aos alvéolos nos pulmões

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Por Fluid-filled_alveolus2_ja.svg: usuário: delldot (modificado por Hatsukari715) trabalho derivado: OSH FPaD (Fluido-cheia_alveolus2_ja.svg) [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

Transporte de gás

Na água, a solubilidade do oxigênio é tão baixa que deve haver um meio de transporte para atender aos requisitos metabólicos. Em alguns invertebrados de tamanho pequeno, a quantidade de oxigênio dissolvido em seus fluidos é suficiente para atender às demandas do indivíduo.

No entanto, em humanos, o oxigênio transportado dessa maneira seria suficiente apenas para atender a 1% dos requisitos.

Por esse motivo, o oxigênio – e uma quantidade significativa de dióxido de carbono – é transportado por pigmentos no sangue. Em todos os vertebrados, esses pigmentos estão confinados nos glóbulos vermelhos .

No reino animal, o pigmento mais comum é a hemoglobina, uma molécula de proteína que contém ferro em sua estrutura. Cada molécula consiste em 5% de heme, responsável pela cor vermelha do sangue e pela união reversível com oxigênio e 95% de globina.

A quantidade de oxigênio que pode se ligar à hemoglobina depende de muitos fatores, incluindo a concentração de oxigênio: quando é alta, como nos capilares, a hemoglobina se liga ao oxigênio; quando a concentração é baixa, a proteína libera oxigênio.

Outros pigmentos respiratórios

Embora a hemoglobina seja o pigmento respiratório presente em todos os vertebrados e em alguns invertebrados, não é o único.

Em alguns crustáceos decápodes, cefalópodes e moluscos, existe um pigmento azul chamado hemocianina. Em vez de ferro, essa molécula possui dois átomos de cobre.

Em quatro famílias de poliquetas, existe o pigmento clorocruorina, uma proteína que possui ferro em sua estrutura e é de cor verde. É semelhante à hemoglobina em termos de estrutura e função, embora não esteja confinada a nenhuma estrutura celular e seja livre no plasma.

Finalmente, existe um pigmento com uma capacidade de transporte de oxigênio muito menor que a da hemoglobina chamada hemeritrina. É vermelho e está presente em vários grupos de invertebrados marinhos.

Doenças comuns

Asma

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É uma patologia que afeta o trato respiratório, causando seu inchaço. Em um ataque de asma, os músculos ao redor das vias ficam inflamados e a quantidade de ar que pode entrar no sistema diminui drasticamente.

O ataque pode ser desencadeado por uma série de substâncias chamadas alérgenos, incluindo peles de animais, ácaros, climas frios, produtos químicos presentes em alimentos, mofo, pólen, entre outros.

Edema pulmonar

Um edema pulmonar consiste no acúmulo de líquido nos pulmões, o que dificulta a capacidade respiratória do indivíduo. As causas geralmente estão associadas à insuficiência cardíaca congestiva, onde o coração não bombeia sangue suficiente.

O aumento da pressão nos vasos sanguíneos empurra o líquido para os espaços aéreos dentro dos pulmões, reduzindo assim o movimento normal de oxigênio nos pulmões.

Outras causas de edema pulmonar são insuficiência renal, presença de artérias estreitas que transportam sangue para os rins, miocardite, arritmias, atividade física excessivamente alta na localidade, uso de certos medicamentos, entre outros.

Os sintomas mais comuns são falta de ar, falta de ar, expectoração de espuma ou sangue e aumento da frequência cardíaca.

Pneumonia

As pneumonias são infecções dos pulmões e podem ser causadas por uma variedade de microrganismos, incluindo bactérias como Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae e Chlamydias pneumoniae , vírus ou fungos como Pneumocystis jiroveci .

Apresenta-se como uma inflamação dos espaços alveolares. É uma doença altamente contagiosa, porque os agentes causadores podem se espalhar pelo ar e se espalhar rapidamente através de espirros e tosse.

As pessoas mais suscetíveis a essa patologia incluem indivíduos acima de 65 anos de idade e com problemas de saúde.Os sintomas incluem febre, calafrios, tosse com catarro, falta de ar, falta de ar e dor no peito.

A maioria dos casos não requer hospitalização e a doença pode ser tratada com antibióticos (no caso de pneumonia bacteriana) administrados por via oral, em repouso e ingestão de líquidos.

Bronquite

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A bronquite ocorre como um processo inflamatório dos ductos que transportam oxigênio para os pulmões, causado por uma infecção ou por outros motivos. Esta doença é classificada como aguda e crônica.

Os sintomas incluem mal-estar geral, tosse com muco, falta de ar e pressão no peito.

Para tratar a bronquite, recomenda-se tomar aspirina ou acetaminofeno para reduzir a febre, beber quantidades significativas de líquidos e descansar. Se é causado por um agente bacteriano, são tomados antibióticos.

Referências

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