Anatomia e Fisiologia Cardiovascular Resumida

Coração - estrutura contrátil que funciona como bomba de sangue; de fato, são duas bombas, pois o coração direito bombeia sangue para os pulmões e o coração esquerdo, bombeia sangue para a periferia.
Cada 'bomba' é composta de um átrio e um ventrículo, sendo que o átrio é uma bomba de escorva para o ventrículo que age como um bombeamento principal para o pulmão (VD) ou para periferia (VE).

Fisiologia de Contração Cardíaca

As contrações cardíacas ou ritmo cardíaco são promovidos por mecanismos especiais que transmitem potenciais de ação, i.e estímulos elétricos, pelo miocárdio.
O coração é composto por três tipos principais de músculo: m. atrial, m. ventricular e as fibras especializadas excitatórias e condutoras.

Os tipos atrial e ventricular do músculo contraem-se similarmente aos músculos esqueléticos, mas com maior duração da contração.

 Por outro lado, as fibras excitatórias e de condução só se contraem fracamente, por conterem poucas fibras contráteis, mas apresentam descargas elétricas rítmicas automáticas na forma de potenciais de ação, ou fazem a condução desses potenciais de ação pelo coração, controlando o batimento cardíaco.
As fibras miocárdicas possuem inúmeros discos intercalados que formam 'gap junctions', ou espaços intervalados, que permitem a difusão livre dos íons rapidamente.

Nódulo sinoatrial: Componente do coração que gera o estímulo elétrico a ser propagado.

Feixe de His: sistema condutor que envia impulsos para o ventrículo, pois os potenciais elétricos não atravessam a barreira fibrosa que circunda a abertura das valvas atrioventriculares que separam os átrios dos ventrículos.

Para garantir que ocorra contração separada de átrios e ventrículos, nessa ordem, para aumentar a eficácia do bombeamento, o coração é dividido em dois sincícios.

Os potenciais de ação no músculo cardíaco tem em média 105 milivolts, sendo que o potencial intracelular entre os batimentos é de -85 milivolts, alcançando +20 milivolts durante o batimento cardíaco. Após o potencial em ponta inicial, a membrana permanece despolarizada por 0,2 segundos exibindo um platô, ao qual se segue repolarização repentina. Tal platô faz com que a contração muscular ventricular dure até 15 vezes mais que as contrações de músculos esqueléticos.

A contração prolongada e o platô da contração ventricular se devem a dois fatores: o potencial de ação é originado pela abertura de canais de dois tipos: canais de Na++ que são rápidos, assim como nos músculos esqueléticos e canais de Ca++ lentos, que também são referidos como canais de Ca-Na++ e ao aumento da permeabilidade de membrana celular ao íon K++.

As miofibrilas se contraem através de um mecanismo conhecido como mecanismo 'acoplamento excitação-contração', que pode ser resumido da seguinte forma:

"Quando o potencial de ação cursa pela membrana do miocárdio, o potencial de ação se difunde para o interior da fibra muscular, passando ao longo das membranas dos túbulos T, cujo potencial age na membrana dos túbulos sarcoplasmáticos longitudinais que liberam Ca++ pelo retículo sarcoplasmático no sarcoplasma muscular.

Após milésimos de segundos esses íons Ca++ se dispersam dentro das miofibrilas catalizando as reações químicas que promovem o deslizamento, um contra o outro, dos filamentos de miosina e actina, produzindo contração muscular."

Ou em forma de fluxograma de ideias:
"potencial de ação => membrana do miocárdio => interior da fibra => túbulos t => túbulos sarcoplasmáticos longitudinais => liberam Ca++ pelo retículo sarcoplasmático => miofibrilas => gera contração."

Um fato interessante é que os túbulos T liberam Ca++ adicional durante a contração para aumentar a eficácia da contração cardíaca e a duração da mesma. sendo que tal influxo de cálcio é bruscamente interrompido após o final do platô de potencial de ação.

Enquanto a área do miocárdio já está excitada pelo impulso nervoso, ela não pode ser reexcitada em condições normais, sendo que tal intervalo de período é chamado de período refratário. Isso explica a distância entre as ondas do ECG, em que faz-se necessário a despolarização de um segmento para que ocorra a repolarização.

Existem válvulas que funcionam como mecanismo para impedir refluxo de sangue dos ventrículos para os átrios durante a sístole. Tais valvas (isso mesmo, se escreve VALVA e não válvula, apesar de funcionar como uma), funcionam como membranas que tamponam o lúmen depois que o sangue adentrou a câmara ventricular, e são a valva atrioventricular direita, ou tricúspide, e valva atrioventricular esquerda, ou mitral.

Semelhantemente, existem valvas semilunares que impedem o refluxo da aorta e das artérias pulmonares para os ventrículos durante a diástole.

Ciclo Cardíaco / Excitação Cardíaca

O ciclo cardíaco é o nome dado ao conjunto de eventos entre o início de um batimento e o início do próximo.

O batimento cardíaco se inicia com estímulo do nodo sinusal ou sinoatrial, que gera potencial de ação que excita as vias internodais (anterior, média e posterior), que atingem a via interatrial anterior, levando o potencial de ação de um átrio ao outro com velocidade de  até 1m/s, chegando ao nodo atrioventricular com atraso de 0,03 segundos. É retardado em 0,09 segundos ao passar pelas vias que ligam as vias internodais ao nodo atrioventricular.
Na porção penetrante do feixe de His sofre condução lenta, o que justifica a breve pausa durante essa etapa. Então, através das fibras de Purkinje, células especializadas que conduzem o estímulo central do nodo AV (feixe de His) para direita e esquerda simultaneamente, fazendo com que os ventrículos contraiam e ocorra a sístole, que é a ejeção de sangue do ventrículo. Após isso, ocorre a diástole, que é o relaxamento cardíaco, período no qual o ventrículo se enche de sangue atrial novamente.

Em resumo: Impulso nervoso é gerado pelo nodo sinoatrial => átrios despolarizam e contraem simultaneamente => nodo atrioventricular => septo interventricular (breve pausa e atinge então o feixe de His)=> ventrículos D e E simultaneamente.


A diástole pode ser dividida em três subfases: relaxamento isovolumétrico, enchimento rápido e enchimento lento (diástase).

1) Relaxamento isovolumétrico:
Não há alteração de volume ventricular pois as valvas AV estão fechadas.

2) Enchimento rápido:
O aumento do volume atrial cria diferencial de pressão suficiente para abrir as valvas AV, iniciando a difusão do sangue e enchimento para os ventrículos.

3) Enchimento lento (diástase):
O sangue retornado das veias para os ventrículos está desimpedido (valvas abertas), porém, tem menor fluxo (menor velocidade). O sangue passa direto do átrio para o ventrículo e há diminuição da complacência ventricular.

A sístole é a contração dos ventrículos pela qual o sangue é ejetado para a aorta (ventrículo esquerdo) e para a artéria pulmonar (ventrículo direito). Interessante notar que a única artéria do corpo que possui sangue venoso e pobre em oxigênio circulando é a artéria pulmonar, cujo sangue realiza um trajeto 'inverso' que descreve a circulação pulmonar, melhor explicada a seguir.

Circulação Pulmonar ou Pequena Circulação

Inicia com o sangue trazido das periferias através das veias cavas superior e inferior, que drenam sangue dos membros superiores e cabeça, e de membros inferiores, respectivamente.  Do átrio direito, o sangue atravessa a valva atrioventricular direita (tricúspide) e atinge o interior do ventrículo direito.
O sangue é ejetado para o tronco pulmonar, onde artérias pulmonares direita e esquerda levam o sangue aos capilares pulmonares onde ocorre a hematose, que consiste na troca gasosa entre capilares e alvéolos, no espaço denominado membrana alvéolo-capilar.  O sangue retorna pelo átrio esquerdo, através das veias pulmonares, onde o sangue já oxigenado está pronto para ser emitido às periferias a fim de oxigenar o sistema, dando início à circulação sistêmica.

Circulação Sistêmica

O sangue que é ejetado do átrio esquerdo após ser recebido pelas veias pulmonares atravessa a valva atrioventricular, atinge o ventrículo esquerdo que fará uma sístole e mandará o sangue para a artéria aorta e seus ramos, para que o sangue seja oxigenado e distribuído a corpo, retornando depois como sangue venoso através das veias cavas que desembocam no átrio direito, recomeçando a circulação pulmonar.

Regulação da Ventilação

O sistema nervoso comanda todos os demais sistemas e tal fato não é nenhuma novidade, porém, muitas pessoas não sabem como ocorre o comando nervoso do sistema respiratório e os componentes autônomos que garantem a ventilação como deve ser, involuntária e contínua, porém responsiva a variações clínicas e gasométricas.

Existem três elementos básicos do sistema de controle respiratório:

• sensores aferentes, que levam informação ao controle central no encéfalo
• controle central bulbo-pontino que coordena a informação e reage com impulsos eferentes
• nervos efetores que atuam na musculatura inspiratória e expiratória, produzindo a ventilação.

Sabendo disto, podemos definir que basicamente os impulsos elétricos ou potenciais de ação partem do tronco encefálico e iniciam o processo automático normal da ventilação. A natureza periódica e rítmica da ventilação é pré-definida por neurônios que se encontram na ponte e no bulbo. Estes, formam o centro respiratório.

Existem três grupos principais de neurônios compondo o centro respiratório:

• Centro respiratório bulbar - se encontra na formação reticular do bulbo raquidiano, por baixo do assoalho do quarto ventrículo e possui duas áreas identificáveis, o grupo respiratório dorsal, que atua na inspiração e o grupo respiratório ventral, que age na expiração;
• Centro apnêustico, na ponte inferior - leva o nome de apnêustico (de apneuse), pois uma lesão nessa área pode ocasionar inspiração prolongada e interrompida por paradas respiratórias momentâneas (respiração apnêustica);
• Centro pneumotáxico - Fica na ponte superior e parece inibir a inspiração. regula o volume inspiratório e, secundariamente a frequência respiratória.

Embora tais componentes sejam suficientes para manter a respiração automática, o córtex e o sistema límbico podem também influenciar na respiração. O córtex pode acelerar o ritmo respiratório conforme solicitarmos, causando hiperventilação e consequente aumento do pH; entretanto, é muito difícil que a hipoventilação espontânea seja tolerada, pois temos um complexo sistema que reage de maneira eficaz contra aumento da PaCO2 e redução do pH arterial.

Possuímos sensores que fazem a coleta e envio de informações acerca da ventilação, níveis de gases sanguíneos e estimulam a resposta necessária para homeostasia respiratória. Tais sensores podem ser divididos em quimiorreceptores centrais e quimiorreceptores periféricos.

     Os quimiorreceptores centrais respondem à mudança de íons H+, cujo aumento causa acidose. 

Um fato interessante é que a barreira hematoencefálica não permite a passagem de íons H+ ou de HCO3 para o SNC, porém o líquor (LCR) conduz CO2 dissolvido que estimula os vasos sanguíneos cerebrais a liberar íons H+ e estimular tais quimiorreceptores, para que haja resposta reflexa à acidose, como por exemplo, a hiperventilação, com o intuito de 'lavar' (eliminar) CO2.

Importante salientar que o ph liquórico reage mais rapidamente ao incremento de PaCo2, pois o H2CO3 (composto formado por água e dióxido de carbono) se dissocia, libera íons H+ e estimula a hiperventilação; já a alteração do pH sanguíneo é tamponada de forma lenta, levando de 2 a 3 dias para que haja aumento no bicarbonato excretado pelos rins.

       Os quimiorreceptores periféricos são divididos entre corpos carotídeos e corpos aórticos, que agem muito mais rápido do que os quimiorreceptores centrais. Os corpos carotídeos localizam-se no seio carotídeo e são inervados pelo nervo glossofaríngeo, que leva informações ao bulbo raquidiano.

Os corpos aórticos se localizam próximo ao arco da aorta, tendo como inervação o nervo vago, que também é aferente ao bulbo raquidiano.

Tais quimiorreceptores reagem à diminuição de PaO2 e do pH, e a grandes aumentos do PaCO2.

A regulação nervosa da respiração é descrita acima, vamos agora nos ater à regulação mecânica.

Receptores Mecânicos da Respiração

Os receptores mecânicos ficam no músculo liso das vias aéreas extrapulmonares. 

Receptores de estiramento pulmonar - geram impulsos quando o pulmão se distende, limitando a inspiração quando o volume da mesma atinge cerca de 1 L. Aparentemente, possuem fibras mielínicas inervadas pelo nervo vago, que emite impulsos para retardar a frequência respiratória e prolongar a expiração quando a capacidade inspiratória é atingida; tal reflexo é conhecido como reflexo de Hering-Breuer.

Semelhantemente, quando a expiração máxima é atingida, ocorre um arco-reflexo conhecido como reflexo de dessuflação, que inibe a expiração e inicia nova inspiração.

Os receptores de irritação estão entre as células epiteliais das vias aéreas e são estimulados por gases nocivos, fumo, poeira inalada e ar frio. Os impulsos ascendem via nervo vago causando broncoconstrição e hiperpneia. É possível que tais receptores estejam hiperreativos em pacientes asmáticos.

Por fim, podemos citar os receptores J, ou justapostos, nome concebido devido sua justaposição próximo aos alvéolos. Tais receptores respondem rapidamente a substâncias químicas injetadas na circulação pulmonar, com impulsos ascendendo via fibras amielínicas do nervo vago e causam ventilação rápída e superficial, mas sua estimulação intensa causa apnéia. 

Existe correlação entre esses receptores e a dispneia que ocorre em pacientes com congestão alveolar por edema pulmonar agudo ou doenças intersticiais que causem aumento de volume líquido no pulmão.

Fonte: WEST, JB - Fisiologia Respiratória Moderna
            GUYTON, AC - Tratado de Fisiologia

Anatomia Respiratória e Trajeto do Ar

         O sistema respiratório tem como principais funções realizar a ventilação, isto é, a mobilização de ar dentro do organismo do indivíduo, proporcionar troca gasosa para promover oxigenação sanguínea.
Podemos dividir o sistema respiratório em dois grupos funcionais de vias aéreas: vias aéreas condutoras e vias aéreas respiratórias.

• Vias aéreas condutoras: nariz, faringe, laringe, traquéia, brônquios, bronquíolos terminais.
• Vias aéreas respiratórias: bronquíolos respiratórios, ductos alveolares, alvéolos.

Podemos ainda classificar as vias aéreas em vias aéreas superiores e vias aéreas inferiores, considerando a traquéia como ponto de referência.

• Vias aéreas superiores: nariz, faringe, laringe, parte superior da traquéia
• Vias aéreas inferiores: parte inferior da traquéia, brônquios, bronquíolos terminais, bronquíolos respiratórios, ductos alveolares e alveólos.

As vias aéreas condutoras, por não realizarem troca gasosa podem ser denominadas espaço morto fisiológico, cujo volume normalmente corresponde cerca de 150ml do ar inspirado.

Um conceito primordial a ser considerado ao analisarmos a mecânica respiratória está no fato de que a inspiração é ativa e a expiração é passiva e se dá pelo diferencial de pressão entre o ar inspirado e a pressão barométrica ou atmosférica.

    Tendo isso em consideração, possuímos um centro respiratório bulbo-pontino que se localiza dentro do SNC e controla a inspiração involuntária, sendo que há também a possibilidade de voluntariamente alterarmos a respiração com comando do córtex e sistema límbico sobre essa área.

Fig 1 - Sistema respiratório

       A ventilação normal acontece da seguinte forma: estímulo eferente do centro respiratório alcança os nervos periféricos através da medula e estimulam a musculatura inspiratória, composta basicamente do m. diafragma e dos mm. intercostais. Então o diafragma 'desce', realizando alongamento de sua cúpula, empurrando sua estrutura para baixo e para frente, aumentando a pressão intra-abdominal que reflete na expansão torácica, levantamento das costelas pelos mm. intercostais externos e consequente inversão da pressão pleural, que em condições normais é negativa, em torno de -3cmH2O e durante a inspiração atinge cerca de -5cmH2O. 

Desta forma, com a pressão pleural e transdiafragmática menor que a pressão barométrica, o ar ambiente entra por gradiente de pressão.

Uma vez dentro do indivíduo, o ar passa pelo nariz, que oferece cerca de 2/3 da resistência, passando para faringe, laringe (onde a epiglote separa os sistemas digestivo e respiratório, prevenindo broncoaspiração), depois passa para a traquéia, chegando à carina, estrutura bifurcada que antecede os brônquios principais, também chamados de brônquios 'fonte'. 

Fig 2. Anatomia pulmonar e detalhes de bronquíolo/capilar

       Anatomicamente, o pulmão direito é diferente do pulmão esquerdo, pois apresenta duas fissuras, oblíqua e horizontal, separando o pulmão direito em lobo superior, lobo médio e lobo inferior. Além disso, o brônquio fonte direito é mais curto, calibroso e vertical, sendo mais propenso à broncoaspiração, entubação seletiva e infecções.

Uma vez que tenha chegado aos brônquios principais, o ar passa para os brônquios lobares e consequentemente, lobos pulmonares (3 à direita e 2 à esquerda), lobos segmentares (10 à direita e 8 a 9 à esquerda). Os bronquíolos possuem várias divisões denominadas gerações, sendo que a traquéia é considerada geração zero e ocorrem posteriormente cerca de 24 gerações.

Por fim, os bronquíolos terminais enviam o ar para os bronquíolos respiratórios, consequentemente para os ductos alveolares até chegar ao alvéolo, onde ocorrem as trocas gasosas entre os capilares sanguíneos pulmonares e os alvéolos, ocorrendo a liberação de oxigênio do alvéolo para o sangue e a perda de CO2 do sangue para os alvéolos, até que seja eliminado do organismo através da expiração ou dissolução no plasma.

Espero que este breve resumo ajude aqueles que estejam revisando ou estudando pneumologia pela primeira vez. Até a próxima!

Fontes:
Guyton, AC. Tratado de Fisiologia, Ed. Guanabara Koogan, 1989
Scanlan, G et al. Fundamentos da Terapia Respiratória de Egan. Ed. Manole
West, JB.- Fisiologia Respiratória Moderna. Ed. Manole, 2003