Regulação da ventilação e Exercício

O objetivo da respiração é a manutenção de níveis apropriados dos gases do sangue e nos tecidos e de um pH apropriado para o funcionamento celular normal. A manutenção do equilíbrio homeostático depende do grau de integração entre os sistemas respiratório e circulatório. Boa parte dessa integração se deve à regulação involuntária da ventilação pulmonar.

Os músculos respiratórios se encontram sob controle direto dos motoneurônios, que, por sua vez, são regulados por centro respiratórios (inspiratórios e expiratórios) localizados no tronco encefálico( no bulbo e na ponte). Esses centros estabelecem a frequência e a profundidade da respiração, enviando impulsos periódicos para os músculos respiratórios. O Cortéx pode sobrelevar esses centros, caso seja desejável o controle voluntário da respiração. Além disso, sob certas condições. Ocorre a entrada de informações provenientes de outras partes do encéfalo.

A área inspiratória do encéfalo contém células que, intrinsecamente, disparam e controlam o ritmo básico da ventilação. A área expiratória permanece inativa durante a respiração forçada, como durante a prática de exercício, a área expiratória envia ativamente sinais para os músculos da expiração. Dois outros centros cerebrais ajudam no controle da respiração. A área apnêustica tem efeito excitatório no centro inspiratório, resultando em disparo prolongado dos neurônios inspiratórios. Finalmente, o centro pneumotáxico inibe ou “desliga” a inspiração, ajudando na regulação do volume inspiratório.

Os centros respiratórios são também reguladas pelo ambiente químico em constante mudança no corpo. Os quimioceptores centrais no cérebro são estimulados pelo aumento dos íons H⁺ no líquido cerebroespinal. A barreira hematoencefálica é relativamente impermeável a íons H⁺. Isso, por sua vez estimula o centro inspiratório, que então ativa os circuitos neurais para aumentar a frequência e a profundidade da respiração. Consequentemente, esse incremento na respiração aumenta a remoção de dióxido de carbono e H⁺.

Os quimioceptores existentes no arco aórtico e na bifurcação da artéria carótida comum (os corpos carotídeos) são sensíveis principalmente às mudanças na PO₂ do sangue, mas também respondem a mudanças na concentração de H⁺ e na PCO₂. Os quimiorrrecptores carotídeos são mais sensíveis a mudanças na concentração de H⁺ e na PCO₂. Em geral, a PCO₂ parece ser o estímulo mais forte para a regulação da respiração. Quando os níveis de dióxido de carbono tornam-se demasiadamente elevados, ocorre a formação de ácido carbônico, que, em seguida, dissocia-se rapidamente, liberando H⁺. Se houver acúmulo de  H⁺, o sangue ficará muito ácido. Assim, o aumento da PCO₂ estimula o centro inspiratório a acelerar a respiração – não para trazer mais oxigênio, mas para livrar o corpo do dióxido de carbono em excesso e limitar novas mudanças no pH.

Além dos quimioceptrores, outros mecanismos nervosos influenciam a respiração. As pleuras, os bronquíolos e os alvéolos nos pulmões contêm receptores de estiramento. Quando essas áreas são excessivamente esticadas, essa informação é passada para o centro expiratório. Esse centro responde encurtando a duração da inspiração, o que diminui o risco de superinflação das estruturas espiratórias.

Regulação da ventilação pulmonar no exercício

A respiração é regulada durante o exercício de uma maneira que maximiza a capacidade aeróbia. O início da atividade física se faz acompanhar por um aumento imediato na ventilação. De fato, como a resposta da frequência cardíaca, a respiração acentuadamente acelerada pode ocorrer ainda antes do início das contrações musculares, ou seja, uma resposta antecipatória. O ajuste respiratório inicial às demandas do exercício seja de natureza neutra, sendo mediado pelos centros de controle respiratório inicial às demandas do exercício seja de natureza neutra, sendo mediado pelos centros de controle respiratório no encéfalo (comando central), embora informações nervosas também possam ter origem nos receptores existentes no músculo em exercício. A segunda fase mais gradual do aumento respiratório demonstra durante o exercício intenso é controlada primeiramente por alterações no estado químico do sangue arterial. Com o avanço do exercício, o aumento do metabolismo nos músculos gera mais CO₂ e H⁺. Esse aumento é percebido pelos quimioceptores basicamente localizados no encéfalo, nos corpos carotídeos e nos pulmões, que, por sua vez, estimulam o centro inspiratório, aumentando a frequência e a profundidade da respiração.

No final do exercício, as demandas musculares por energia diminuem quase imediatamente para os níveis em repouso. Porém, a ventilação pulmonar retorna ao normal em uma velocidade relativamente mais lenta. Se a frequência respiratória atendesse perfeitamente às demandas metabólicas dos tecidos, a respiração diminuiria para o nível em repouso dentro de segundos após o término do exercício, mas a recuperação da respiração demora alguns minutos. Isso sugere que a respiração pós-exercício é regulada principalmente pelo equilíbrio acidobásico, pela pressão parcial do dióxido de carbono dissolvido (PCO2) e pela temperatura do sangue.