Fisiologia Aula 3 16-17 - Adaptações Respiratórias PDF

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E DESPORTO Fisiologia do Exercício Professor Armando Costa [email protected] 2016/2017 recapitulando a aula anterior Aparelho Respiratório Objectivos: • Descrever a estrutura e função do Aparelho Respiratório; • Descrever formas de transporte de O2 e CO2 no org...

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E DESPORTO Fisiologia do Exercício Professor Armando Costa [email protected] 2016/2017 recapitulando a aula anterior Aparelho Respiratório Objectivos: • Descrever a estrutura e função do Aparelho Respiratório; • Descrever formas de transporte de O2 e CO2 no organismo; • Descrever o significado fisiológico do quociente respiratório, equivalentes respiratórios, limiar ventilatório e ponto de compensação respiratório; • Descrever as respostas e adaptações respiratórias ao esforço e ao treino. Aparelho Respiratório Aparelho Respiratório Aparelho Respiratório Vias Respiratórias Pulmões Aparelho Respiratório Aparelho Respiratório Os sistemas Respiratório e Cardiovascular em conjunto providenciam um sistema eficiente de entrega/remoção que transporta o oxigénio e remove o dióxido de carbono de todos os tecidos do nosso corpo. Sistema Respiratório Ventilação Pulmonar Ventilação Perfusão Difusão Pressões Diferenciais Sistema Cardiovascular O2 Plasma Hemoglobina Ião bicarbonato (a-v) O2 CO2 Pressões Diferenciais Aparelho Respiratório Fases de entrega/remoção Sistema de Entrega/Remoção Ventilação Pulmonar Hematose Pulmonar Respiração Pulmonar ou externa Transporte de O2 e Co2 Troca de gases entre capilares e tecidos Respiração Celular ou interna Aparelho Respiratório Ventilação Pulmonar Processo pelo qual o ar é movido para dentro e para fora dos pulmões. Inspiração: Processo activo que envolve o diafragma aumentando o volume da caixa torácica. Devido a uma diminuição da pressão nos pulmões leva à entrada do ar. Expiração: Processo passivo que envolve a relaxação dos músculos da inspiração retornando às mesmas dimensões da caixa torácica. Aumenta a pressão nos pulmões e o ar é forçado a sair para o exterior. Aparelho Respiratório Ventilação Pulmonar Ventilação Minuto: Ventilação minuto (Ve)= Freq. Resp. X Volume corrente = 12/min x 0,5 L = 6 L/min • Em repouso frequência respiratória normal é de 12 incursões respiratórias por minuto e o volume corrente 0,5L de ar por incursão respiratória. Aparelho Respiratório Hematose Pulmonar A Hematose Pulmonar é um processo químico-molecular que visa a estabilização das trocas gasosas – O2 x CO2, a fim de manter o equilíbrio ácido básico. É uma troca gasosa entre o O2 (ventilação) e o CO2 (perfusão) nas paredes dos alvéolos pulmonares, entre o ar e o sangue venoso, permitindo oxigenação de sangue venoso, que se torna arterial. Aparelho Respiratório Hematose Pulmonar Aparelho Respiratório Respiração Celular – Transporte de O2 O oxigénio é transportado pelo sangue combinado com a hemoglobina(98%) ou dissolvido no plasma(2%) estabelecendo a PO2. Durante o exercício a concentração de hemoglobina aumenta 5 a 10%, quanto maior a concentração de hemoglobina maior a concentração de O2 transportado Aparelho Respiratório Factores que influenciam a entrega de O2 A entrega de O2 pode ser influenciada por:  Conteúdo de O2 no sangue;  Fluxo sanguíneo;  Condições fisiológicas (i.e. pH, temperatura) No decorrer do exercício cada uma destas variáveis ajusta-se de forma a garantir uma correcta entrega de O2 aos músculos activos Aparelho Respiratório Conteúdo de O2 no sangue  Reduções na saturação da hemoglobina (98% condições normais) diminuem a entrega de O2 reduzindo a sua captação celular.  Diminuições na PO2 do sangue arterial limitam a entrega de O2 a nível tecidular. Aparelho Respiratório Fluxo sanguíneo Exercício aumenta o fluxo de sangue para os músculos. Este aumento de fluxo sanguíneo aumenta a entrega de O2 Aparelho Respiratório Condições fisiológicas a) b) a) Curva de dissociação da Oxihemoglobina Valores de Po2 encontrados nos tecidos corporais. Pequenas alterações na PO2 resultam em grandes alterações na saturação de O2 b) Grandes alterações na PO2 resultam em pequenas alterações na saturação de O2 Aparelho Respiratório Curva de Dissociação da Oxihemoglobina Factores que desviam curva para a direita favorecem a libertação do oxigénio da hemoglobina. Exercício provoca aumento de temperatura, PCO2 e 2,3 DPG (produto da glicólise láctica) e diminuição de PH. Aparelho Respiratório Respiração Celular – Transporte de CO2 O CO2 proveniente do metabolismo celular passa das células aos capilares e é transportado no sangue até aos pulmões, de onde é eliminado pela ventilação. Aparelho Respiratório Respiração Celular – Transporte de CO2 O CO2 é transportado no sangue de formas distintas: • Cerca de 5% como CO2 livre em solução no plasma estabelecendo a PCO2; • Cerca de 75% liga-se à H2O formando ácido carbónico (depois ião bicarbonato); • Cerca de 20% liga-se à globina da hemoglobina formando compostos carbaminados (desoxihemoglobina) Aparelho Respiratório Diferença arteriovenosa de O2 - (a-v) O2 Diferença existente de O2 entre o sangue arterial e venoso. Em exercício os músculos activos captam mais O2 aumentando desta forma a (a-v) O2 Aparelho Respiratório Diferença arteriovenosa de O2 – resposta à intensidade do exercício Quanto mais intenso é o exercício maior é a (a-v) O2 Aparelho Respiratório Mecanismos de Regulação da Ventilação Pulmonar Os centros respiratórios localizados no tronco cerebral determinam a taxa e a profundidade da ventilação pulmonar enviando impulsos periódicos para os músculos respiratórios. Os receptores químicos no cérebro respondem às mudanças nas concentrações de CO2. Quando estas concentrações aumentam , são enviados sinais para o centro inspiratório aumentando a taxa e a profundidade da respiração o que faz aumentar a remoção de CO2. Aparelho Respiratório Mecanismos de Regulação da Ventilação Pulmonar Receptores periféricos na aorta respondem primariamente às mudanças dos níveis de oxigénio no sangue mas também às mudanças do CO2. Além destes mecanismos de regulação, existem receptores de alongamento na pleura, bronquios e alveolos que quando são excessivamente alongados enviam sinais para o centro expiratório. O centro responde ao diminuir a duração de cada inspiração. Aparelho Respiratório Regulação da Ventilação Pulmonar Ventilação Pulmonar durante o exercício: A ventilação pulmonar aumenta durante o exercício, até esforços sub-maximais numa proporção directa ao metabolismo que o corpo necessite. Aparelho Respiratório b) a) a) b) Volumes e capacidades pulmonares O nosso organismo quando realiza ventilação pulmonar compreende diversos volumes e capacidades pulmonares, que poderão ser influenciados ou não pelo exercício Volumes Volume Corrente (VC) Volume Residual (VR) Capacidades Capacidade Pulmonar Total (CPT) Capacidade Vital (CV) Volume Reserva Inspiratório (VRI) Capacidade Inspiratória (CI) Volume Reserva Expiratório (VRE) Capacidade Residual Funcional (CRF) Aparelho Respiratório Espirometria Adaptado de Nunes (1997) Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Espirometria Aparelho Respiratório Volumes e capacidades pulmonares • Em repouso cada ciclo respiratório mobiliza perto de 500ml de ar denominando-se este volume de ar de Volume Corrente (VC); • Numa inspiração máxima inspira-se o VC mais 2,5 a 3,5 l. O volume adicional denomina-se de Volume de Reserva Inspiratório (VRI); • O volume expirado numa expiração até ao limite denominase de Volume de Reserva Expiratório (VRE); • A soma destes três volumes constitui a Capacidade Vital (CV); Aparelho Respiratório Volumes e capacidades pulmonares • Mesmo após uma expiração forçada fica sempre nos pulmões uma determinada quantidade de ar que se denomina de Volume Residual (VR); • À soma da CV com o VR dá-se o nome de Capacidade Pulmonar Total (CPT); CV= VC + VRI + VRE CPT = CV + VR Treino dos Músculos Respiratórios Provoca melhoria da performance em nadadores, corredores e ciclistas (HajGhanbari et al. 2013). Associada ao menor gasto energético dos músculos respiratórios e não ao aumento do VO2max. Maior economia energética. Efeitos benéficos superiores em sujeitos menos treinados. Aparelho Respiratório Equivalentes Respiratórios: De Oxigénio: Quociente entre VE e VO2 (VE/VO2) Representa quantos litros de ar precisamos ventilar para consumirmos 1 L de O2. Em repouso: 23 a 28 L de ar para cada L de O2 consumido Em exercício máximo: até 30 L de ar para cada L de O2 consumido. De Dióxido de Carbono: Quociente entre VE e VCO2 (VE/VCO2) Representa quantos litros de ar precisamos ventilar para expelirmos 1 L de CO2. Aparelho Respiratório Quociente Respiratório (QR): Relação entre CO2 expelido e O2 consumido: VCO2/VO2 Permite verificar qual o substrato a ser utilizado em predominância Adaptações Respiratórias ao Esforço (Agudas) Ventilação Pulmonar – Volume de ar mobilizado por minuto VE = VC (média 500ml) X FR (média 12c/min) Esforços Ligeiros  VC Aumento da Ventilação Esforços Intensos  FR VO2 VE Repouso 200/300 ml/min 5-8 l/min Exercício 5-8 l/min +100l/min Adaptações Respiratórias ao Esforço (Agudas) Exercício Submáximo - Fase inicial rápida - Fase de estabilização - Recuperação Exercício Máximo - Não há estabilização - Recuperação mais lenta Exemplo: Resposta Cardio-respiratória a um treino de crossfit FC MAX VE MAX VO2 MAX Inicio de exercício VE de 20 L/min em repouso para 145 L/min; VO2 de 5 ml/Kg/min para 45 ml/kg/min FC de 90 bpm para 170 Bpm Exemplo: Resposta Cardio-respiratória a um treino de crossfit Inicio de exercício QR acima de 1 durante quase todo exercício (CO2>O2); Lactato depois do exercício – 18.3 mmol /dl Aparelho Respiratório VO2 aumenta com a VE, mas não é directamente proporcional à ventilação. Relação depende da intensidade do esforço Aparelho Respiratório CO2, Ventilação e intensidade de esforço Quando o esforço passa a ter uma importante participação da via anaeróbia láctica, existe a elevação do acido láctico e consequente aumento de H+. Para evitar acidémia, estes iões têm de ser tamponados, nomeadamente pelo sistema de bicarbonatos, de acordo com: H+ + HCO3 - H2CO3 H2O + CO2 Este aumento de CO2 livre no sangue vai ser eliminado pelos pulmões resultando num aumento desproporcionado em relação ao O2 consumido. da ventilação Aparelho Respiratório Limiar Ventilatório Intensidade a partir da qual a concentração de lactato no sangue é superior ao repouso, resultado duma maior comparticipação da via anaeróbia. Ainda existe equilíbrio entre produção e remoção de lactato. (≈ LL) Pode ser determinado na avaliação cardiorespiratória através do aumento da ventilação sem aumento correspondente (proporcional) Aumento brusco do CO2 expirado. de O2 consumido. Limiar Ventilatório (LV) Num teste Progressivo carga aumenta continuamente (velocidade ou potência) Limiar Ventilatório determinado como qual intensidade a partir da a ventilação aumenta desproporcionalmente relação ao O2 consumido. em Limiar Ventilatório intensidade em que existe aumento do VE/VO2 sem aumento do VE/VCO2 É necessário ventilar mais ar para que seja consumido a mesma proporção de O2. Maior proporção de CO2 expelido – efeito do tamponamento. LV Equivalente respiratório Ponto Compensação Respiratória Equivale ao estado estacionário máximo de lactato (ou OBLA) Intensidade a partir do qual deixa de existir PCR equilíbrio entre produção e remoção do lactato, existindo acumulação no sangue. LV 2º Aumento brusco da ventilação e CO2 expirado Equivalente respiratório Adaptações crónicas O treino aumenta a intensidade a que acontecem. PCR Sedentário apresenta LV a 50-60% VO2max e PCR a 70-80% VO2max Maratonista pode apresentar LV a 80% do VO2 max e PCR a 90 % do VO2max LV Limiar Ventilatório, PCR e Curva de acumulação de Lactato Depois de Treino Aeróbio Limiar Ventilatório e Ponto de Compensação Respiratória Como determinar???? Teste Progressivo com Aumento da intensidade ao longo do teste Avaliação expirados directa dos gases Limiar Ventilatório e Ponto de Compensação Respiratória Como determinar???? Exemplo: Teste Progressivo Limiar ventilatório Ponto Compensação Respiratório Exaustão Final do teste 2 Pontos de descontinuidade na relação entre VE e intensidade de esforço VO2max absoluto = 4.4 L/min VO2max relativo (85kg) = 51.6 ml/kg/min Exemplo: Teste Progressivo Limiar ventilatório Ponto Compensação Respiratório Final do teste Limiar ventilatório = 11.5 Km/h; PCR = 14.75 Km/h Velocidade Aeróbia Máxima = 17.5 Km/h Exemplo: Teste Progressivo – depois de treino aeróbio Limiar ventilatório Ponto Compensação Respiratório Final do teste Limiar ventilatório = 13.5 Km/h; PCR = 16.75 Km/h Velocidade Aeróbia Máxima = 19.5 Km/h Adaptações Crónicas ao treino aeróbio Jones & Carter, 2000 L.Vent, PCR e VO2 max – implicações para treino e desempenho – Zonas de intensidade Kramer et al., 2011 Num exercício de carga constante: Défice de O2 – não há adequação imediata da via aeróbia às necessidades energéticas EPOC – Excess Post-exercise oxygen consumption – “pagar” o défice de O2 EPOC – Excess Postexercise oxygen consumption – “pagar” o défice de O2 Depende da intensidade de esforço Katch et al., 2011 Cinética do Consumo de O2 – Velocidade com que o consumo de O2 de cada indivíduo se adapta a variações de intensidade. Cinética fica mais rápida com o treino e correlaciona-se com o desempenho em provas de meio fundo e fundo em natação, corrida e ciclismo. Adaptações Respiratórias ao Treino (Crónicas) Volume Corrente Tempo de permanência do ar nos alvéolos Extracção do oxigénio Difusão Pulmonar Frequência respiratória para a mesma intensidade de esforço Equivalente ventilatório para o oxigénio Adaptações Respiratórias ao Treino (Crónicas) Sem diferenças significativas em repouso (excepção em nadadores) Adaptações Respiratórias ao Treino (Crónicas) Plowman & Smith, 2013 Adaptações Respiratórias ao Treino (Crónicas) 3 semanas de treino – 6 x por semanas (30 min a 80 % VO2max) Adaptações Respiratórias ao Treino (Crónicas) 3 semanas de treino – 6 x por semanas (30 min a 80 % VO2max) Obrigado pela atenção dispensada Armando Costa Joana Reis