Sistema respiratório: funções, partes, funcionamento - Ciência - 2023

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o sistema respiratório ou o sistema respiratório compreende uma série de órgãos especializados que medeiam as trocas gasosas, que envolvem a captação de oxigênio e a eliminação de dióxido de carbono.

São uma série de etapas que permitem a chegada de oxigênio à célula e a eliminação do gás carbônico, incluindo a troca de ar entre a atmosfera e os pulmões (ventilação), seguida da difusão e troca de gases na superfície pulmonar , transporte de oxigênio e trocas gasosas no nível celular.

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


Animais unicelulares, como os protozoários, não requerem estruturas especiais para respiração e a troca gasosa ocorre por difusão simples.

Em humanos, o sistema é composto pelas passagens nasais, faringe, laringe, traqueia e pulmões. Os últimos são sucessivamente ramificados em brônquios, bronquíolos e alvéolos. A troca passiva de moléculas de oxigênio e dióxido de carbono ocorre nos alvéolos.

Definição de respiração

O termo "respiração" pode ser definido de duas maneiras. Coloquialmente, quando usamos a palavra respirar, estamos descrevendo a ação de absorver oxigênio e eliminar dióxido de carbono para o ambiente externo.

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


Uma segunda forma de definir a palavra respiração é no nível celular e esse processo é denominado 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 forma mais precisa de se referir ao processo de aspirar e expelir o ar por meio dos movimentos torácicos é o termo "ventilação".

Características

A principal função do sistema respiratório é orquestrar os processos de captação de oxigênio do exterior por meio 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 o 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 CO2, retendo-o ou eliminando-o. Por outro lado, está envolvido na regulação da temperatura, secreção de hormônios no pulmão e auxilia o sistema olfatório na detecção de odores.

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

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

Órgãos respiratórios no reino animal

Em pequenos animais, menos de 1 mm, a troca gasosa pode ocorrer através da pele. Na verdade, certas linhagens de animais, como protozoários, esponjas, cnidários e alguns vermes realizam o processo de trocas gasosas por meio de difusão simples.

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

Por exemplo, as rãs podem realizar todo o processo de trocas gasosas através da pele nas fases de hibernação, uma vez que ficam totalmente submersas em tanques. No caso das salamandras, há espécimes que não têm pulmão e respiram pela pele.

Porém, com o aumento da complexidade animal, a presença de órgãos especializados para as trocas gasosas é necessária para atender às altas demandas de energia dos animais multicelulares.

A anatomia dos órgãos que medeiam as trocas gasosas em diferentes grupos de animais será descrita em detalhes abaixo:

Traquéia

Os insetos e alguns artrópodes possuem um sistema respiratório direto e muito eficiente. 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 traqueais. Eles são ocupados por fluido e terminam em associação direta com as membranas celulares.

O ar entra no sistema por meio de uma série de aberturas semelhantes a válvulas, chamadas de respiradouros. Eles têm a capacidade de fechar em resposta à perda de água para evitar a dessecação. Da mesma forma, possui filtros para evitar a entrada de substâncias indesejadas.

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

Brânquias

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

Os mais eficientes estão nos peixes e consistem em um sistema de guelras internas. São estruturas filamentosas com suprimento sanguíneo adequado que vai contra a correnteza. Com este sistema de "contra-corrente", a extração máxima de oxigênio da água pode ser assegurada.

A ventilação das brânquias está associada aos movimentos do animal e à abertura da boca. Em ambientes terrestres, as guelras perdem o suporte flutuante da água, secam e os filamentos coalescem, levando ao colapso de todo o sistema.

Por esse motivo, os peixes sufocam quando estão fora d'água, embora tenham uma grande quantidade de oxigênio ao seu redor.

Pulmões

Os pulmões dos vertebrados são cavidades internas, dotadas de vasos abundantes cuja função é mediar as trocas gasosas com o sangue. Em alguns invertebrados, falamos de "pulmões", embora essas estruturas não sejam homólogas umas às outras e sejam muito menos eficientes.

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

Na linhagem de 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 nos mamíferos (consulte a próxima seção). Os pulmões são ricos em tecido conjuntivo e são circundados por uma fina camada de epitélio chamada pleura visceral, que continua na pleura visceral, alinhada com as paredes do tórax.

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

Partes (órgãos) do sistema respiratório em humanos

No homem, e no restante dos mamíferos, o sistema respiratório é constituído pela porção superior, composta pela boca, cavidade nasal, faringe e laringe; a parte inferior é composta pela traqueia e brônquios e a parte do tecido pulmonar.

Porção superior ou trato respiratório superior

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

O ar entra pela abertura da glote, enquanto o alimento segue pelo esôfago.

A epiglote está localizada na glote, a fim de impedir a entrada de alimentos nas vias aéreas, estabelecendo um limite entre a orofaringe - porção localizada atrás da boca - e a laringofaringe - segmento inferior -. A glote se abre na laringe ("caixa vocal") e esta, por sua vez, dá lugar à traqueia.

Porção inferior ou trato respiratório inferior

A traqueia é um conduto tubular, com diâmetro de 15-20 mm e 11 centímetros de comprimento. Sua parede é reforçada com tecido cartilaginoso, para evitar o colapso da estrutura, graças a isso é uma estrutura semiflexível.

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

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

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

Dentro deles, cada brônquio se divide em pequenos tubos chamados bronquíolos, que levam ao ducto alveolar. Os alvéolos possuem uma única camada muito fina de células que facilita a troca gasosa com o sistema de vasos capilares.

Tecido pulmonar

Macroscopicamente, os pulmões são divididos em lobos por fissuras. O pulmão direito é composto por três lobos e o esquerdo apenas dois. No entanto, a unidade funcional de troca gasosa não são os pulmões, mas a unidade alvéolo-capilar.

Os alvéolos são pequenos sacos em forma de cachos de uva que se localizam na extremidade dos bronquíolos e correspondem à menor subdivisão das vias aéreas. Eles são cobertos por dois tipos de células, I e II.

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

As células do epitélio são intercaladas com fibras de tecido conjuntivo, de forma que o pulmão é elástico. Da mesma forma, existe uma extensa rede de capilares pulmonares onde ocorre a troca gasosa.

Os pulmões são cercados por uma parede de tecido mesotelial chamada pleura. Esse tecido costuma ser denominado de espaço virtual, pois não contém ar em seu interior e só tem líquido em quantidades diminutas.

Desvantagens dos pulmões

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

Portanto, o processo de ventilação em humanos é altamente ineficiente. A ventilação normal pode repor apenas um sexto do ar encontrado nos pulmões. Em um evento de respiração forçada, 20-30% do ar fica preso.

caixa toráxica

A caixa torácica abriga os pulmões e é composta por um conjunto de músculos e ossos. O componente ósseo é formado pela coluna cervical e dorsal, a caixa torácica e o esterno. O diafragma é o músculo respiratório mais importante, localizado na parte de trás da casa.

Existem músculos adicionais inseridos nas costelas, chamados intercostais. Outros estão envolvidos na mecânica respiratória, como o esternocleidomastóideo e os 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 ocorre a captação dessa molécula para a produção de ATP a partir dos nutrientes obtidos no processo de alimentação por meio 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 corpo. A respiração envolve os seguintes eventos:

Ventilação

O processo começa com a captura de oxigênio na atmosfera por meio do processo de inspiração. O ar entra no sistema respiratório pelas narinas, passando por todo o conjunto de tubos descritos, até chegar aos pulmões.

Inspirar - respirar - é um processo normalmente involuntário, mas pode passar de automático a voluntário.

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

Uma pessoa média em repouso respira em média seis litros de ar por minuto, e esse número pode aumentar para 75 litros durante os períodos de exercício intenso.

Troca gasosa

O oxigênio na atmosfera é uma mistura de gases composta de 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 água e quando o ar chega aos alvéolos 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 elevadas nos alvéolos (100 mm Hg) do que no sangue dos capilares pulmonares, (40 mm Hg) o oxigênio passa para os capilares por 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), portanto, o dióxido de carbono se difunde na direção oposta: dos capilares sanguíneos, para os alvéolos no pulmões.

Transporte de gás

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

Porém, em humanos, o oxigênio transportado dessa forma seria suficiente apenas para atender a 1% dos requisitos.

Por esse motivo, o oxigênio - e uma quantidade significativa de dióxido de carbono - é transportado pelos pigmentos do sangue. Em todos os vertebrados, esses pigmentos estão confinados nas células vermelhas do sangue.

No reino animal, o pigmento mais comum é a hemoglobina, molécula de proteína que contém ferro em sua estrutura. Cada molécula é composta por 5% de heme, responsável pela cor vermelha do sangue e sua ligação reversível com o 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 alguns invertebrados, não é o único.

Em alguns crustáceos decápodes, crustáceos 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, proteína que possui ferro em sua estrutura e é de cor verde. É semelhante à hemoglobina em estrutura e função, embora não esteja confinada a nenhuma estrutura celular e esteja livre no plasma.

Finalmente, existe um pigmento com capacidade de transporte de oxigênio muito menor do que a da hemoglobina, chamado hemeritrina. É de cor vermelha e está presente em vários grupos de invertebrados marinhos.

Doenças comuns

Asma

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

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

Edema pulmonar

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

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

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

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

Pneumonia

Pneumonia são infecções dos pulmões e podem ser causadas por uma variedade de microorganismos, incluindo bactérias como Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasmas pneumoniae Y 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 por meio de espirros e tosse.

As pessoas mais suscetíveis a esta patologia incluem indivíduos com mais de 65 anos 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, repouso e ingestão de líquidos.

Bronquite

A bronquite ocorre como um processo inflamatório nos tubos que transportam oxigênio para os pulmões, causado por 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, é recomendável tomar aspirina ou paracetamol para baixar a febre, beber grandes quantidades de líquidos e descansar. Se for causado por um agente bacteriano, são tomados antibióticos.

Referências

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