Controle e distúrbios da respiração

 

FIGURA 2-25

Em circunstâncias normais, a respiração é uma atividade inconsciente que consiste na contração e no relaxamento cíclicos dos músculos respiratórios controlados por grupos de neurônios na medula e na ponte. Esses centros respiratórios integram os estímulos sensitivos de receptores químicos e neurais e fornecem impulso neuronal para os músculos respiratórios. Esse processo direciona os foles torácicos a fim de determinar o nível apropriado de ventilação para suprir oxigênio (O ), eliminar dióxido 2 de carbono (CO ) e contribuir para o equilíbrio acidobásico. Entretanto, o 2

sistema respiratório também está sob o controle voluntário da córtex motora e pré-motora. Nossa compreensão acerca do controle da respiração resulta de investigações que envolveram humanos e animais.

 

Receptores químicos (Fig. 2-25) Quimiorreceptores Periféricos

Os quimiorreceptores periféricos incluem os corpos carotídeos e aórticos que captam a pressão parcial do oxigênio arterial (PaO ). Esses receptores 2 também aumentam a descarga aferente em resposta a hipercarpnia ou acidose. Enquanto os quimiorreceptores aórticos são ativos durante toda a infância, os quimiorreceptores carotídeos são mais importantes em adultos. Os corpos carotídeos se localizam na bifurcação das artérias carótidas comuns e estão dispostos como um grumo de glomérulos com células neurais tipo I e células de sustentação tipo II. Impulsos neuronais cursam via IX nervo craniano (glossofaríngeo) e aumentam quando a PaO está 2 abaixo de 75mmHg. Essas descargas atingem o núcleo do trato solitário (NTS), onde os neurotransmissores excitatórios são liberados e estimulam a ventilação. Estima-se que os corpos carotídeos contribuem para, aproximadamente, 15% da ventilação em repouso.

 

Quimiorreceptores Centrais

O principal propósito dos quimiorreceptores do sistema nervoso central (SNC) é ajustar a ventilação para manter a homeostase acidobásica. Dos vários sítios de quimiorreceptores localizados no bulbo e no mesencéfalo, os mais importantes são encontrados nas proximidades da superfície ventral do bulbo (SVM) e do núcleo retrotrapezoide (NRT). Esses receptores respondem vigorosa e imediatamente às alterações no pH dentro do SNC. Com base, em parte, em estudos animais, acredita-se que a acetilcolina e o sistema nervoso parassimpático contribuem para o ritmo basal do centro respiratório e são importantes na resposta à hipercapnia. Como o CO cruza 2 prontamente a barreira hematoencefálica, alterações na pressão parcial do dióxido de carbono arterial (PaCO ) são detectadas rapidamente no cérebro, 2 levando a alterações na ventilação e no pH. Em contraste, alterações na composição eletrolítica no SNC ocorrem em um período de horas. A velocidade de resposta dos quimiorreceptores centrais geralmente é rápida com alterações acidobásicas respiratórias e lenta com as anormalidades metabólicas.

FIGURA 2-26

 

Receptores Neurais (Fig. 2-26)

Vários receptores neurais estão presentes nas vias aéreas superiores, árvore traqueobrônquica, pulmão, parede torácica e vasculatura pulmonar. Os dois principais tipos de receptores são:

• Receptores de distensão pulmonar de adaptação lenta e fusos musculares.

• Receptores irritativos de adaptação rápida, incluindo fibras-C.

Tanto os receptores adaptadores lentos como os rápidos respondem às alterações no volume pulmonar. Além disso, os receptores irritativos são sensíveis a produtos químicos e agentes nocivos inalados (p. ex., poeira). As terminações nervosas de fibras-C se situam no epitélio das vias aéreas e respondem ao meio local.

Quando um ou mais desses receptores ou fibras são estimulados, um impulso aferente é enviado através do nervo vago para os centros respiratórios centrais. A resposta pode aumentar a frequência respiratória ou produzir tosse ou broncoconstrição (ou ambos) se um irritante for inalado. Acredita-se que a estimulação desses receptores neurais contribui para a hiperventilação (evidenciada por hipocapnia) que se desenvolve em pacientes com distúrbios respiratórios (p. ex., asma aguda, doença do interstício pulmonar, embolia pulmonar, pneumonia), a despeito da correção da hipoxemia pelo uso de terapia com oxigênio suplementar.

 

Centros Respiratórios Centrais (Fig. 2-26)

Os centros respiratórios centrais se situam no bulbo e na ponte. Estes grupos de neurônios recebem e processam informação sensitiva das células marca-passo respiratórias centrais, vias aéreas superiores e receptores químicos e neuronais. Impulsos aferentes estimulatórios e inibitórios são integrados a esses centros. Em seguida, os sinais do ritmo respiratório que se originam no bulbo são modificados, e um estímulo eferente é direcionado aos músculos respiratórios. A estimulação neural total do bulbo determina a frequência da respiração, bem como seu padrão (i.e., os fluxos inspiratório e expiratório e seu tempo). Tipicamente, observa-se um leve estímulo inibitório oriundo do córtex cerebral para os centros respiratórios centrais. Entretanto, o córtex pré-motor e motor podem exercer controle sobre o sistema respiratório voluntário através de projeções nos tratos corticoespinais que fazem sinapse com os músculos da respiração. Durante o sono, o comando motor central é reduzido, o que resulta em um leve aumento (aproximadamente 2-4mmHg) na pressão parcial do dióxido de carbono arterial (PaCO ). 2

 

Centros Bulbares

Uma série de neurônios inspiratórios no núcleo do trato solitário (NTS) ventrolateral, denominada coletivamente, de grupo respiratório dorsal (GRD) recebe informações dos receptores de adaptação lenta e rápida no pulmão via aferentes vagais. O núcleo comissural do NTS recebe sinais sobre rápidas insuflações e desinsuflações pulmonares via aferentes de adaptação rápida. O GRD serve como o sítio de retransmissão e integração para informação dos barorreceptores arteriais, receptores de distensão das vias aéreas e pulmões e receptores cardíacos.

O grupo respiratório ventral (GRV) é composto de colunas bilaterais de neurônios respiratórios na medula lateral que se estendem do nível C1 da medula espinal para a região logo abaixo dos músculos faciais. As células do GRD e do GRV fazem projeção para os neurônios motores espinais contralaterais. As células do GRD estimulam os neurônios motores frênicos e o GRV. A principal função do GRV é estimular os neurônios motores respiratórios intercostais e abdominais.

 

Centros da ponte

Neurônios do tipo marca-passo se situam difusamente por toda a ponte caudal. Neurônios do grupo respiratório pontino (GRP) respondem através do nervo vago a várias estimulações sensitivas, incluindo (1) receptores irritativos das vias aéreas superiores por trás do reflexo da tosse; (2) quimiorreceptores aórticos, fibras nociceptivas distais e até mesmo elementos proprioceptivos articulares que estimulam a ventilação; e (3) receptores J no parênquima pulmonar.

FIGURA 2-27

Controle neuroquímico da hiperpneia do

exercício (Fig. 2-27)

O desempenho de exercícios requer a conjugação integrada dos sistemas metabólico-cardiovascular-ventilatório para manter os níveis estáveis de pH arterial, PaCO e PaO até intensidades moderadas de esforços. O 2 2

mecanismo exato para a hiperpneia do exercício é desconhecido. Mecanismos de retroalimentação contribuem para a resposta hiperpneica. No início de um exercício de trabalho constante, as respostas da ventilação minuto expirada (V ), consumo de oxigênio (VO ) e produção de dióxido E 2 de carbono (VCO ) podem ser caracterizadas por três fases: 2

• Fase I: Aumento imediato no início do exercício durando 15 segundos.

• Fase II: Aumento mais lento para um estado constante, durando de 2 a 3

minutos.

• Fase III: Um nível de estado constante se for abaixo do início da acidose

metabólica ou um lento desvio para cima se ocorrer acidose metabólica.

A resposta ventilatória rápida no início do exercício aparentemente deriva de uma combinação dos mecanismos de estimulação (comandos motores centrais para os músculos atuantes) e de retroalimentação (dos receptores metabotrópicos e tem origem nos altos centros locomotores e estimulam os neurônios motores respiratórios frênicos, intercostais e lombares. Estudos realizados com animais demonstram que a estimulação elétrica dos neurônios motores no SNC supramedular aumenta a ventilação e o débito cardíaco mesmo quando os músculos locomotores estão paralisados. Evidências atuais sugerem que os efeitos da estimulação central e da retroalimentação são sinérgicos para a regulação da hiperpneia do exercício.

Em condições de estado constante, a ventilação alveolar aumenta durante o exercício em proporção direta com o VCO . Essa hiperventilação, que 2 reduz o PaCO , aparece por causa de (1) retroalimentação com o acúmulo 2

de ácido lático e calor nos músculos exercitados, (2) aumento no comando central à medida que mais unidades motoras são recrutadas para manter a força muscular conforme a fadiga se desenvolve e (3) estimulação das catecolaminas circulantes.

A PaO é determinada por dois fatores principais durante o exercício: (1) 2

a extensão da ventilação alveolar em certo nível de demanda metabólica e (2) a eficiência com que o O é transferido do gás alveolar para o sangue 2

arterial, conceitualizada como a diferença do PO alveolar-arterial [(A-a) 2 DO ]. O conteúdo de oxigênio do sangue arterial está diretamente 2

relacionado com a concentração de hemoglobina (gramas de Hgb) e sua fração da saturação de oxigênio (SaO ). A dissociação de oxigênio da 2 hemoglobina para os tecidos respiratórios é influenciada por baixo pH (o efeito Bohr), alto PCO (o efeito Haldane), hipertermia e abundância de 2,3-2

difosfoglicerato (DPG).

As demandas ventilatórias do exercício de alta intensidade requerem que os índices de fluxo das vias aéreas excedam 10 vezes os níveis de repouso e volume corrente, que estão próximos de cinco vezes os valores em repouso. Em indivíduos saudáveis não treinados, a capacidade de ventilação e transporte de oxigênio alveolar-arterial é mais dp que adequada em todas as intensidades de exercícios. Entretanto, quando indivíduos altamente treinados realizam exercícios em intensidade máxima, é possível desenvolver limites mecânicos do pulmão (p. ex., limitação do fluxo do exercício) e músculos respiratórios. Além disso, muitos atletas altamente condicionados experimentam significativa dessaturação do oxigênio arterial com o exercício, especialmente durante a corrida, por causa da limitação da difusão, uma resposta hiperventilatória insuficiente e um desvio para a direita da curva de dissociação da oxiemoglobina.

FIGURA 2-28

 

Respostas e adaptação à hipóxia (Fig. 2-28) As respostas para a hipóxia aguda experimentadas com a exposição às grandes altitudes incluem aumento na ventilação (frequência primária da respiração), débito cardíaco, pressão da artéria pulmonar e extração de oxigênio pelos tecidos. Tipicamente, essas respostas se manifestam pelo sintoma da falta de ar. A alcalose respiratória causada pela resposta hiperventilatória diminui a sensibilidade dos quimiorreceptores periféricos e centrais. Se a exposição à hipóxia continuar (p. ex., pessoas que residem em grandes altitudes), a ventilação aumenta ainda mais após os primeiros dias.

As respostas cardiovasculares à hipóxia aguda incluem elevação na frequência cardíaca e no débito cardíaco; essas alterações diminuem com a exposição prolongada à hipóxia. Nos nativos de grandes altitudes, hipertensão pulmonar e hipotensão sistêmica são características comuns, embora reversíveis. Recentemente, os pesquisadores descreveram uma família de fatores da transcrição induzidos pela hipóxia relacionada com a produção de proteínas regulatórias que servem para reparar a hipóxia celular, notadamente a endotelina-1 (ET-1), fator de crescimento endotelial vascular (FCEV), eritropoietina e transferrina. FCEV e ET-1 parecem aumentar o tônus arterial pulmonar, causando vasculopatia e remodelagem.

Um dos efeitos da hipóxia crônica é o aumento da concentração de hemácias causado pelos efeitos da eritropoietina sobre a medula óssea para estimular a produção de hemácias. Em geral, o incremento é tamanho que a concentração de oxigênio no sangue arterial é mantida em nível similar ao do nível do mar. Ocasionalmente, pode ocorrer aumento excessivo das hemácias (policitemia secundária). Além disso, as hemácias demonstram menor afinidade de hemoglobina por oxigênio, devido ao aumento do fosfato orgânico (DPG) relacionado com a alcalose respiratória e à desoxigenação da hemoglobina. A transferrina fornece um repositório para o ferro formador da hemoglobina.

 

Distúrbios comuns do controle respiratório

(Fig. 2-29)

O equilíbrio entre as tensões gasosas e o pH sanguíneo somente pode ser obtido quando as alças de feedback dos quimiorreceptores, estruturas de processamento neural, e os órgãos efetores ventilatórios estiverem intimamente integrados. A estabilidade desse sistema pode ser afetada por diversas anormalidades, incluindo:

• Perda física de elementos de controle voluntário

• Flutuações no ganho controlador

• Latência imprevisível para a restauração do estado de referência

O modo pelo qual a PaCO é regulada representa um cenário clássico de 2

feedback negativo em que variações no PaCO precipitam alterações 2 ventilatórias que servem para retornar esse parâmetro para um valor de equilíbrio. Em consequência, uma breve hipopneia levando a uma elevação transitória na PaCO deveria ser detectada pelos quimiorreceptores, cujo 2

débito deveria desencadear aumento na ventilação para reincitar a eucapnia. Como essa ação compensatória não pode ocorrer de modo instantâneo e deve surgir após determinada perturbação, a consequente hiperpneia breve direciona o sistema na direção oposta. O que ocorre é uma retificação oscilatória, com magnitude e persistência relacionadas com a quantidade de sinal amplificado do distúrbio original.

É importante ter em mente que o esquema regulatório da PaCO é um 2 determinante da ventilação, e outros circuitos aferentes são importantes. Como resultado, observa-se uma grande variabilidade nos padrões de respiração em indivíduos saudáveis. Considera-se que essa variabilidade reflete a estimulação sensitiva idiossincrásica para os centros respiratórios centrais e o desenvolvimento longitudinal de um sistema de falha homeostática. Pode haver controle respiratório mal adaptado ou anormal, evidenciado por hiperventilação, hipoventilação ou ventilação instável ou irregular.

FIGURA 2-29

 

Hiperventilação

Os níveis de progesterona aumentam durante a gestação, e esse hormônio é um estimulante conhecido do impulso respiratório. O aumento na V é, E primariamente, causado pelo aumento no volume corrente. Isso provoca uma alcalose respiratória crônica para a qual a excreção renal de bicarbonato atua na preservação do pH normal. Aproximadamente 60% a 70% das mulheres experimentam falta de ar no curso da gestação, relacionado com os elevados níveis e progesterona.

A síndrome da hiperventilação se caracteriza pela sensação da incapacidade de inspirar profundamente, palpitações, parestesias e ansiedade. Esses sintomas são tipicamente episódicos, ocorrem em repouso e não estão relacionados com o exercício. Acredita-se que a ansiedade individual altere o controle voluntário dos centros respiratórios, causando hiperventilação.

Hipoventilação

A síndrome da obesidade-hipoventilação (SOH) está relacionada com o aumento do índice de massa corporal (geralmente > 30kg/m2) e se manifesta por hipercapnia (PaCO > 45mmHg) durante a vigília, na 2 ausência de outras causas possíveis para hipoventilação alveolar. A hipercapnia pode ser causada por danos à mecânica ventilatória, bem como por anormalidades no controle da respiração. A adiposidade central reduz a complacência da parede torácica e a quantidade de trabalho executado pelos músculos respiratórios para determinado grau de impulso respiratório. Pacientes com SOH respiram em baixos volumes pulmonares, com o fechamento concomitante das pequenas vias aéreas. Além disso, a quimiossensibilidade para hipóxia e hipercapnia está prejudicada em pacientes com SOH. Apesar de, tecnicamente, os distúrbios respiratórios do sono não fazerem parte da SOH, nesses pacientes a hipercapnia se agrava durante o sono. Essa dificuldade pode resultar da redução do impulso respiratório central ou de eventos obstrutivos em vias aéreas superiores durante a noite.

Em alguns pacientes com hipotireoidismo severo, o mixedema pode causar hipoventilação. Isso, provavelmente, é causado por depressão do impulso ventilatório e possível fraqueza da musculatura respiratória.

A síndrome de hipoventilação central congênita (SHCC) está associada a uma resposta respiratória praticamente ausente para a hipóxia e a hipercapnia com leves elevações da PaCO durante a vigília e elevações 2 acentuadas de PaCO durante o sono. Entretanto, pacientes com SHCC são 2

capazes de aumentar o V e manter uma PaCO relativamente normal E 2 durante a prática de exercícios. A SHCC pode ocorrer em associação com a doença Hirschsprung, uma condição caracterizada por anormalidades na inervação colinérgica do trato gastrointestinal. Essa associação e a demonstração de anormalidades autônomas sutis em parentes de pacientes com SHCC sugerem que uma neuropatia autônoma, particularmente do sistema parassimpático, é importante na SHCC.

FIGURA 2-30

 

O mal de Ondina é uma rara condição em que pacientes experimentam hipoventilação alveolar causada por um dano do controle autônomo da ventilação, mas o controle voluntário permanece intacto. Esses indivíduos mantêm os gases sanguíneos relativamente normais durante a vigília, mas “se esquecem de respirar” quando caem no sono. Esse problema pode desenvolver-se após incisões cirúrgicas no segundo segmento cervical da medula espinal (utilizadas para aliviar as dores intratáveis) e como resultado do infarto bulbar.

A ressecção do corpo carotídeo, previamente utilizada no tratamento da asma, leva à depressão da responsividade ventilatória à hipóxia. A endarterectomia bilateral para o tratamento da doença arterial carótida pode resultar na destruição dos quimiorreceptores periféricos, com consequente redução do impulso hipóxico.

A resposta ventilatória hipóxica é reduzida em 40% nos indivíduos normais após 10 dias de restrição alimentar severa.

 

Ventilação instável ou irregular (Fig. 2-30)

A respiração de Cheyne-Stokes (RCS) envolve a respiração cíclica segundo a qual a apneia é seguida por hiperpneia e depois por diminuição da frequência respiratória, que é acompanhada pelo próximo período de apneia. Essa condição pode ocorrer em aproximadamente 40% dos pacientes com insuficiência cardíaca congestiva e em até 50% dos pacientes com acidente vascular encefálico isquêmico agudo. A RCS também está associada a outras doenças neurológicas, sedação, sono normal, distúrbios acidobásicos, prematuridade e aclimatação às altitudes. O mecanismo para a RCS parece ser um retardo entre as alterações na ventilação e na detecção de PaCO resultante dos quimiorreceptores centrais. Isso contribui para um 2

padrão respiratório cíclico. Na insuficiência cardíaca congestiva, um tempo circulatório prolongado entre o pulmão e o cérebro introduz certo retardo entre a troca de gases na membrana alveolocapilar e o registro das pressões parciais nos quimiorreceptores. Aumento no impulso ventilatório pode ser causado, em parte, pela perda dos fatores de amortecimento efetivo (“subamortecimento”). Em contraste com a fisiologia normal, a PaCO 2 tende a ser mais elevada, em contraposição à PaO , que tende a ser menor 2 durante a hiperpneia.

A síndrome Rett é um raro distúrbio de neurodesenvolvimento que ocorre quase exclusivamente em meninas. Inicialmente, as pacientes afetadas se desenvolvem de modo normal e, gradualmente, vão perdendo a fala e o uso voluntário das mãos. A síndrome é delineada por defeitos cognitivos, atividade motora estereotipada, microcefalia, convulsões e um padrão respiratório desorganizado durante a vigília, tudo caracterizado por períodos de apneia alternados com períodos de hiperventilação.

 

Medicamentos que afetam o impulso

ventilatório

Depressores nervosos centrais, como opiáceos, barbitúricos e benzodiazepinas, deprimem o impulso respiratório central. Aqueles com hipoventilação preexistente são particularmente suscetíveis aos efeitos deletérios desses medicamentos.

Estimulantes nervosos centrais, como cafeína, teofilina, medroxiprogesterona e acetazolamida, aumentam o impulso respiratório central.

FIGURA 2-31

 

Interrupção do controle normal da

respiração em doenças selecionadas (Fig. 2-

31)

Conforme evidenciado nas seções anteriores, o controle da respiração é complexo, e diversas doenças ou variáveis exógenas podem levar a danos funcionais. Doenças que envolvem as vias aéreas, parênquima pulmonar, circulação pulmonar e músculos respiratórios podem levar à diminuição da PaO , geralmente causada por desequilíbrios de ventilação-perfusão. 2

Em alguns pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), é possível haver hipoventilação alveolar, causando hipercapnia. A hipercapnia é mais comum no fenótipo de bronquite crônica da DPOC. O padrão rápido e superficial da respiração em pacientes com DPOC que desenvolvem retenção de CO contribui ainda mais para aumento no espaço 2

morto da ventilação.

Pacientes com história de asma quase fatal apresentam depressão das respostas ventilatórias para hipóxia e hipercapnia. Pacientes com asma que apresentam depressão da quimiossensibilidade também exibem baixos graus de falta de ar em resposta à respiração através de cargas respiratórias externas. Em alguns pacientes com asma, essas características provavelmente levam a uma demora na procura por orientação médica quando um ataque de asma ocorre, levando a maior risco de asma fatal.

Diversas doenças neuromusculares podem afetar a capacidade de ventilação adequada. Por exemplo, em pacientes com fraqueza da musculatura respiratória leve a moderada, o impulso ventilatório está aumentado, levando a uma é possível desenvolver-se uma hipercapnia superior à esperada pelas pressões respiratórias na boca. Alterações no controle da respiração podem ocorrer, manifestando-se na forma de impulsos ventilatórios hipóxicos ou hipercapneicos reduzidos. Em pacientes com poliomielite, os núcleos ventilatórios primários no tronco cerebral podem ser afetados, levando a hipoventilação ou apneia (ou ambos), particularmente durante o sono.

 

OceanofPDF.com