Sistema Quimiorreceptor Periférico para o Controle da Atividade Respiratória — o Papel do Oxigênio no Controle Respiratório

Aprendemos no Capítulo 41 que o sistema tampão hemoglobina-O2

distribui quantidades quase normais de O aos tecidos, mesmo quando a Po 22

pulmonar se altera de 60 para até 1.000 mmHg. Portanto, exceto sob

condições especiais, ainda pode ocorrer a distribuição adequada de O , 2

apesar das alterações da ventilação pulmonar que varia de valores

ligeiramente abaixo da metade normal até 20 ou mais vezes o normal. Isso

não é verdade para o CO , já que tanto a Pco sanguínea quanto a tecidual 2 2

se alteram inversamente com a frequência da ventilação pulmonar; assim,

os processos de evolução animal fizeram com que o CO seja principal 2

controlador da respiração, e não o O . 2

Contudo, em condições especiais de dano tecidual por falta de O , o corpo 2

tem mecanismo específico de controle respiratório, localizado nos

quimiorreceptores periféricos, externamente ao centro respiratório do

cérebro; esse mecanismo entra em ação quando ocorre queda intensa do O 2

sanguíneo, principalmente com a Po abaixo de 70 mmHg, como descrito 2

na próxima seção.

 

SISTEMA QUIMIORRECEPTOR PERIFÉRICO PARA O

CONTROLE DA ATIVIDADE RESPIRATÓRIA — O PAPEL

DO OXIGÊNIO NO CONTROLE RESPIRATÓRIO

 

Além do controle da atividade respiratória pelo centro respiratório, ainda

existe outro mecanismo disponível para o controle da respiração. Esse

mecanismo é o sistema quimiorreceptor periférico, ilustrado na Figura 42-

4. Em diversas áreas externas do cérebro, existem receptores químicos

neurais específicos que recebem o nome de quimiorreceptores. Tais

receptores são especialmente relevantes para a detecção de variações

sanguíneas do O , embora também respondam em menor grau às alterações 2

das concentrações do CO e dos íons hidrogênio. Os quimiorreceptores 2

transmitem sinais neurais para o centro respiratório encefálico, para ajudar a

regular a atividade respiratória.

Grande parte dos quimiorreceptores está situada nos corpos carotídeos.

Entretanto, alguns deles também se encontram nos corpos aórticos,

mostrados na parte inferior da Figura 42-4, e pouquíssimos deles estão

presentes em qualquer outro local, associados a outras artérias das regiões‐

torácica e abdominal.

Os corpos carotídeos estão localizados, bilateralmente, nas bifurcações

das artérias carótidas comuns. As fibras nervosas aferentes desses corpos

cursam pelos nervos de Hering e, em seguida, para os nervos

glossofaríngeos e para a área respiratória dorsal do bulbo. Os corpos

aórticos estão situados ao longo do arco da aorta; as fibras aferentes neurais

desses corpos cursam pelos nervos vagos, também rumo à área respiratória

dorsal do bulbo.

Cada um dos corpos quimiorreceptores recebe sua própria irrigação

sanguínea, por meio de artéria diminuta, diretamente a partir do tronco

arterial adjacente. Além disso, o fluxo sanguíneo por esses corpos é

extremamente alto, 20 vezes o peso dos próprios corpos, a cada minuto.

Portanto, a porcentagem de O removido do fluxo sanguíneo é praticamente 2

zero, o que significa que os quimiorreceptores sempre são expostos ao

sangue arterial, e não ao sangue venoso, e seus valores de Po são os 2

valores de Po arterial. 2

Figura 42-4. Controle respiratório promovido pelos quimiorreceptores periféricos nos corpos carotídeo e aórtico.

 

Redução do Oxigênio Arterial Estimula os Quimiorreceptores.

Quando a concentração de O no sangue arterial baixa até menos que a 2

normal, os quimiorreceptores são intensamente estimulados. Esse efeito se

encontra ilustrado na Figura 42-5, que exibe o efeito dos diferentes níveis

da Po arterial sobre a frequência dos impulsos nervosos do corpo 2

carotídeo. Observe que a frequência dos impulsos é particularmente sensível às alterações da Po arterial situa das entre 60 e 30 mmHg, faixa de 2

variação onde a saturação de hemoglobina com o O diminui rapidamente. 2

 

Figura 42-5. Efeito da Po arterial sobre a frequência de disparos neurais do corpo 2

carotídeo.

 

Aumento da Concentração de Dióxido de Carbono e de Íons

Hidrogênio Estimula os Quimiorreceptores. O aumento da

concentração de CO ou de íons hidrogênio também estimula os 2

quimiorreceptores e, dessa forma, intensifica indiretamente a atividade

respiratória. Contudo, os efeitos diretos de ambos os fatores sobre o centro

respiratório são mais potentes que seus efeitos mediados pelos

quimiorreceptores (cerca de sete vezes mais intensos). Todavia, existe

diferença entre os efeitos periféricos e centrais do CO : a estimulação, por 2

meio dos quimiorreceptores periféricos ocorre com rapidez cinco vezes

maior que a estimulação central, assim esses quimiorreceptores podem ser

particularmente importantes no aumento da velocidade da resposta ao CO , 2

no início da atividade física.

Mecanismo Básico de Estimulação dos Quimiorreceptores pela

Deficiência de O2. Os meios exatos pelos quais a baixa Po estimula as 2

terminações nervosas nos corpos carotídeos e aórticos ainda não estão

esclarecidos. No entanto, esses corpos têm múltiplas células de tipo

altamen te glandular-like características, denominadas células glomosas, que

fazem sinapse direta ou indireta com as terminações nervosas. As

evidências atuais sugerem que essas células glomosas atuam como

quimiorreceptores e, então, estimulam as terminações nervosas (Figura 42-

6). As células glomosas apresentam canais de potássio sensíveis ao O que 2

são inativados quando os valores sanguíneos de Po diminuem de forma 2

importante. Essa inativação provoca a despolarização das células, o que, por

sua vez, abre os canais de cálcio ativados por voltagem e eleva a

concentração intracelular de íons cálcio. Esse aumento nos íons cálcio

estimula a liberação de um neurotransmissor, ativando os neurônios

aferentes, que enviam sinais ao sistema nervoso central e estimulam a

respiração. Embora estudos anteriores sugerissem que a dopamina e a

acetilcolina poderiam ser os principais neurotransmissores, investigações

mais recentes sugerem que, durante a hipoxia, o neurotransmissor

excitador-chave liberado pelas células glomosas do corpo carotídeo poderia

ser a adenosina trifosfato.

Figura 42-6. Detecção de oxigênio pelas células glomosas do corpo carotídeo. Quando o

valor de Po diminui para menos de cerca de 60 mmHg, os canais de potássio encerram, o 2

que provoca uma despolarização celular, com a abertura dos canais de cálcio e o aumento da concentração de íons cálcio citosólicos. Isso estimula a liberação de transmissores (provavelmente, o mais importante é o ATP), ativando as fibras aferentes que emitem sinais ao sistema nervoso central (SNC) e estimulam a respiração. Os mecanismos, em

virtude dos quais valores baixos de Po influenciam na atividade dos canais de potássio, 2 não são ainda claros. DV , alterações no potencial de membrana. m

 

O Efeito da Po2 Arterial Baixa para Estimular a

Ventilação Alveolar Quando as Concentrações Arteriais

de CO2 e de Íons Hidrogênio Permanecem Normais

A Figura 42-7 mostra o efeito da baixa Po arterial sobre a ventilação 2

alveolar, quando a Pco e a concentração de íons hidrogênio se mantêm 2

constantes em seus níveis normais. Em outras palavras, essa figura

demonstra o estado ativo, apenas, do controle ventilatório decorrente do

efeito do baixo teor de O sobre os quimiorreceptores. Essa figura mostra 2

efeito quase nulo sobre a ventilação, enquanto a Po arterial permanecer 2

superior a 100 mmHg. Entretanto, sob pressões menores que 100 mmHg, a

ventilação aproximadamente se duplica, quando a Po arterial declina para 2

60 mmHg, e pode aumentar por até cinco vezes para valores de Po muito 2

baixos. Sob essas condições, a baixa Po arterial evidentemente controla o 2

processo ventilatório de forma bastante intensa.

Pelo fato de a hipoxia, na ventilação, ser modesta para valores de Po2

maiores que 60 a 80 mmHg, a Pco e a resposta do íon hidrogênio são, 2

sobretudo, as responsáveis pela regulação da ventilação em seres humanos

saudáveis que se encontram em locais ao nível do mar.

Figura 42-7. A curva inferior demonstra o efeito de diferentes níveis da Po arterial sobre a 2

ventilação alveolar, mostrando aumento por seis vezes da ventilação, à medida que a Po2 diminui de 100 mmHg (nível normal) para 20 mmHg. A linha superior demonstra a

manutenção da Pco arterial em nível constante, durante as medidas desse estudo; o pH 2

também se manteve constante.

 

Estimulação Ainda Maior da Respiração pela Inalação

Crônica de Baixos Níveis de Oxigênio — O Fenômeno de

“Aclimatação”

Os alpinistas verificaram que, ao escalarem a montanha lentamente, durante

alguns dias e não apenas por algumas horas, apresentavam respiração muito

mais profunda e, consequentemente, conseguiam suportar concentrações

bem mais baixas de O atmosférico, em comparação à rápida escalada. Esse 2

fenômeno recebe o nome de aclimatação.

A causa da aclimatação se deve ao fato de que, em 2 ou 3 dias, o centro

respiratório no tronco cerebral perde cerca de 80% de sua sensibilidade às alterações da Pco e dos íons hidrogênio. Em decorrência, a eliminação 2

ventilatória do excesso de CO , que inibiria o aumento na frequência 2

respiratória, em condições normais não ocorre e, consequentemente, baixos

teores de O podem conduzir o sistema respiratório a níveis muito mais 2

altos de ventilação alveolar do que sob condições agudas. Em vez do

possível aumento de 70%, na ventilação, após a exposição aguda a baixos

teores de O , a ventilação alveolar frequentemente aumenta por 400% a 2

500%, depois de 2 a 3 dias de redução dos níveis desse gás; isso, por sua

vez, colabora imensamente com o suprimento adicional de O aos 2

alpinistas.

 

Efeitos Combinados da Pco2, do pH e da Po2 sobre a

Ventilação Alveolar

A Figura 42-8 mostra rápida visão global do modo de influên cia dos

fatores químicos reunidos Po , Pco e pH sobre a ventilação alveolar. Para 2 2

compreender esse diagrama, observe primeiro as quatro curvas de coloração

vermelha. Essas curvas foram registradas com diferentes níveis da Po2

arterial — 40, 50, 60 e 100 mmHg. Para cada uma dessas curvas, o nível da

Pco foi modificado em escala crescente de valores. Assim, essa “família” 2

de curvas vermelhas representa os efeitos combinados da Pco e da Po 22

alveolares sobre a ventilação.

Agora observe as curvas verdes. Enquanto as curvas verme lhas foram

medidas no pH sanguíneo de 7,4, as verdes foram no pH de 7,3. Dessa

forma, temos duas famílias de curvas representando os efeitos combinados

da Pco e da Po sobre a ventilação, para dois valores distintos de pH. Não 2 2

obstante, outras famílias de curvas seriam deslocadas para a direita, com pH

mais altos e à esquerda com pH mais baixos. Portanto, por meio desse

diagrama, é possível predizer o nível de ventilação alveolar com relação a quase todas as combinações de Pco alveolar, da Po alveolar e do pH 2 2