Explique como o movimento do diafragma faz o ar entrar e sair dos pulmões

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No homem e nos demais mamíferos a ventilação pulmonar depende dos músculos intercostais (situados entre as costelas) e do diafragma.

A entrada de ar nos pulmões, a inspiração, se da pela contração da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais. O diafragma abaixa e as costelas se elevam, o que aumenta o volume da caixa torácica, forçando o ar a entrar nos pulmões.

A saída de ar dos pulmões, a expiração, se dá pelo relaxamento da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais. O diafragma se eleva e as costelas abaixam, o que diminui o volume da caixa torácica, forçando o ar a sair dos pulmões.

Capacidade pulmonar

A cada movimento respiratório, um homem jovem inala e exala, em média, cerca de meio litro de ar; esse valor é um pouco menor para a média das mulheres.

O volume máximo de ar que pode ser inalado e exalado em uma respiração forçada é denominado capacidade vital, algo em torno de 4 a 5 L, para um homem jovem. Os pulmões, no entanto, contêm mais ar que a sua capacidade vital, pois é impossível expirar a totalidade de ar contido nos alvéolos.  Mesmo quando se força ao máximo a expiração, ainda resta cerca de 1,5 L de ar nos pulmões; esse é o ar residual.

Mais de 10 mil litros de ar entram e saem de nossos pulmões, a cada 24 horas. Nesse período os pulmões absorvem entre 450 e 500 L  de gás oxigênio e expelem entre 400 e 450 L de gás carbônico.

Controle da respiração

O que aconteceria a uma pessoa se ela tentasse segurar a respiração voluntariamente por algum tempo?

Imediatamente, um comando localizado no bulbo – ou medula oblonga (um órgão componente do nosso sistema nervoso central) enviaria a mensagem aos músculos respiratórios, fazendo com que se contraíssem. Esse centro de comando, conhecido como centro respiratório bulbar, é altamente sensível ao aumento de CO2 no sangue e à diminuição do pH sanguíneo decorrente do acúmulo desse gás.

Lembre-se que o CO2 em solução aquosa forma H2CO3, ácido carbônico, que se ioniza em H+ e H2CO3-. O aumento da acidez e o próprio CO2 em solução física no plasma estimulam os neurônios do centro respiratório.

Consequentemente, impulsos nervosos seguem pelo nervo que inerva o diafragma e a musculatura intercostal, promovendo a sua contração e a realização involuntária dos movimentos respiratórios.

De início, ocorre uma hiperventilação, ou seja, o ritmo dos movimentos respiratórios aumenta na tentativa de expulsar o excesso de gás carbônico. Lentamente, porém, a situação se normaliza e a respiração volta aos níveis habituais.

A respiração é um processo essencial para os seres humanos, uma vez que é através dela que é disponibilizado o oxigênio que será utilizado pelas células para a produção de energia. Além disso, o sistema respiratório é responsável por retirar o gás carbônico resultante do metabolismo celular.

Para que ocorra o processo de respiração, é necessária uma ação conjunta de músculos intercostais e do diafragma, que permitem a entrada e a saída do ar. O ato de respirar pode ser dividido em dois movimentos básicos: inspiração e expiração.

Inspiração é o conjunto de movimentos que permite a entrada de ar nos pulmões. Nesse processo ocorre a contração do diafragma, ocasionando seu abaixamento. Os músculos intercostais também se contraem fazendo com que as costelas se levantem. Isso faz com que o tórax aumente de tamanho e a pressão interna dos pulmões torne-se menor que a externa. Com a redução da pressão intrapulmonar, o ar acaba entrando pelas vias respiratórias e chegando até os alvéolos para que ocorram as trocas gasosas.

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A expiração consiste no conjunto de movimentos que resulta na retirada do ar do interior das vias respiratórias. Nesse caso, ocorre o relaxamento dos músculos intercostais e do diafragma. Diferentemente do que ocorre na inspiração, há uma redução do volume da caixa torácica, que volta ao seu tamanho de repouso, e uma retração dos pulmões, o que faz com que a pressão interna fique maior que a externa. O aumento da pressão intrapulmonar faz com que o ar seja lançado para fora do nosso corpo.

Podemos resumir esses dois processos da seguinte maneira:

Por Ma. Vanessa dos Santos

Ouça este artigo:

Quando inspiramos, o ar atmosférico entra pelo nariz (parte externa) e pelas cavidades nasais (interna), é filtrado por pêlos presentes nessas cavidades, impedindo assim que entrem partículas (poeira, grãos de pólen, fumaça, seres vivos microscópicos, etc) no restante do sistema respiratório. Essas partículas ficam presas na camada do muco localizada nas fossas nasais. O ar também é umedecido e aquecido, condições importantes para que ocorra as trocas gasosas com maior eficiência, nos alvéolos pulmonares.

Movimentos de inspiração e expiração. Ilustração: OpenStax College [CC-BY-3.0], via Wikimedia Commons

A entrada de ar nos pulmões, a inspiração, dá-se pela contração da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais (músculos que estão entre as costelas). O diafragma abaixa e as costelas elevam-se, com isso ocorre um aumento do volume da caixa torácica (estrutura óssea que protege os pulmões e o coração), fazendo com que o ar entre nos pulmões.

Em seguida ocorre a saída de ar dos pulmões, a expiração, acontece o relaxamento da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais, eleva-se o diafragma e as costelas abaixam, diminuindo assim o volume da caixa torácica, expulsando o ar dos pulmões. Nem todo ar é expulso dos pulmões, ficando um pequeno volume que permanece dentro dos alvéolos, evitando que haja um colapso nas finas paredes dos alvéolos.

O movimento respiratório é controlado por um centro nervoso localizado na medula espinal. Em condições normais esse centro produz impulso a cada 5 segundos, estimulando a contração da musculatura torácica e do diafragma, onde inspiramos. Contudo, quando o sangue torna-se mais ácidos devido ao aumento de gás carbônico (CO2), o centro respiratório medular induz a aceleração dos movimentos respiratórios.

Em caso de diminuição da concentração de gás oxigênio (O2) no sangue, o ritmo respiratório também é aumentado. Essa redução é detectada por receptores químicos localizados nas paredes da aorta e da artéria carótida.

Além das fossas nasais o ar pode entrar ou sair do organismo pela boca, porém, o umedecimento e aquecimento do ar ficam incompletos não ocorrendo a filtração das partículas de poeiras, fumaça, e até seres vivos microscópicos, como os vírus e as bactérias, capazes de causar danos à nossa saúde, etc. Algumas impurezas são “filtradas” em diversos órgãos do sistema respiratório, mas outras conseguem passar até os pulmões, provocando doenças. As doenças mais comuns que atingem o sistema respiratório podem ser de natureza infecciosa ou alérgica.

Fontes:
AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. Fundamentos da biologia moderna. 2 ed. São Paulo: Moderna, 1999.
LAURENCE, J. Biologia: ensino médio. Vol. Único – 1 ed. São Paulo: Nova geração, 2005.