Biologia do ensino fundamental · Grades 1–9
51Os pulmões e as trocas gasosas
A cada minuto da sua vida, cerca de oito litros de ar passam por dois órgãos que você nunca viu. O Capítulo 26 esboçou o caminho e a troca; o Capítulo 47 situou a máquina humana entre as quatro do reino animal. Este capítulo completa o quadro: a maquinaria de ventilação, as bolsinhas de ar com o nome próprio delas, os números da troca — e o que a fumaça faz com o conjunto todo.
51.1 A maquinaria de ventilação
Proposição 51.1 (Como o ar é movido)
Os pulmões não têm músculos próprios; o peito os bombeia como um fole:
- inspirar é trabalho: os músculos das costelas levantam e alargam a caixa, e o diafragma — o piso muscular largo debaixo dos pulmões — se achata para baixo; o peito alargado estica os pulmões, e o ar entra para enchê-los;
- expirar, em repouso, é quase todo soltura: os músculos relaxam, o peito esticado volta como uma mola, o ar sai. (Apagar velinhas acrescenta músculo à mola.)
Cerca de vezes por minuto em repouso (Definição 26.1), sem ninguém pedir (Observação 33.4) — e mais fundo e mais rápido sob demanda (Proposição 49.4).
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 51.2 (Sentindo o fole)
Mãos nas costelas, inspire fundo: a caixa sobe e se alarga debaixo das suas palmas (Exemplo 26.2). Agora ofegue como um cachorro: os sopros rápidos e rasos são quase todos diafragma. Os soluços, para completar, são as falsas partidas espasmódicas do diafragma — o fole falhando no horário próprio dele.
51.2 Os alvéolos e a troca
Definição 51.3 (Alvéolos)
As bolsinhas de ar da Definição 26.3 são os alvéolos: centenas de milhões de bolhas de parede fina agrupadas nas pontas mais finas das vias aéreas, cada uma envolvida por vasos sanguíneos finos. A superfície somada delas é a meia quadra de tênis da Observação 26.4 — a cópia humana da especificação grande, fina e úmida da Proposição 47.1.
Proposição 51.4 (A troca, em números)
Compare o ar que entra com o ar que sai: o ar inspirado tem cerca de por cento de oxigênio e quase nada de gás carbônico; o ar expirado cai para uns por cento de oxigênio e chega a uns por cento de gás carbônico (além de quente e úmido — Exemplo 26.7). As diferenças são a troca: através das paredes alveolares, o oxigênio atravessa para o sangue e o gás carbônico atravessa de volta (Proposição 26.5), todo minuto de todo dia.
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 51.5 (As contas batem)
Oito litros por minuto, com um vigésimo do oxigênio de cada respiração retido: a aritmética atende mais ou menos a conta de oxigênio do corpo em repouso — e, no esforço, com a respiração triplicada e mais funda e as rodadas do coração aceleradas (Proposição 49.4), a entrega se multiplica para igualar a conta dos músculos. Os números da máquina e o balanço do corpo fecham; são os mesmos livros, mantidos em dois balcões.
51.3 A maquinaria maltratada: a fumaça
Proposição 51.6 (O que a fumaça faz com o conjunto)
A fumaça do cigarro ataca todos os andares deste capítulo (a Proposição 36.5 deu o aviso; aqui está a engenharia):
- o alcatrão dela cobre e irrita as vias aéreas: as superfícies de limpeza vacilam, e a “tosse do fumante” é a vassoura sobrecarregada das vias aéreas;
- as paredes alveolares, irritadas de forma crônica, se desfazem: as bolsinhas se fundem em espaços menos numerosos, maiores e mais frouxos — a superfície é perdida, e a troca com ela (a especificação, desmontada);
- um dos gases da fumaça ocupa os assentos de oxigênio do sangue, expulsando o oxigênio do próprio transporte dele;
- e as vias aéreas se estreitam — toda respiração pelo peito de um fumante é uma respiração por um fole parcialmente bloqueado.
O dano é lento, cumulativo e só em parte reversível: o pulmão que nunca começou mantém a meia quadra de tênis dele inteira (Observação 36.6).
Demonstração. Admitido neste nível. ∎
Exemplo 51.7 (Dois testes de escada)
Os três lances de escada do Capítulo 49, subidos por dois adultos de mesma idade e mesmos hábitos de treino, um deles fumante de longa data: o fumante chega ofegante num pulso que o outro só alcança correndo. Menos superfície, assentos ocupados, vias aéreas estreitadas — a cadeia de abastecimento paga a conta da Proposição 49.1 por uma entrada estrangulada. Os testes de condicionamento leem a história dos pulmões com a mesma segurança que qualquer exame de imagem.
Método 51.8 (Preservar a maquinaria)
O Método 26.8, atualizado com os motivos deste capítulo:
- nada de fumaça — nem a sua, nem a dos outros: superfície perdida quase não se recupera;
- areje os cômodos (Exercício 26.10) e prefira ar limpo ao ar livre para o esporte;
- exercite o fole: o esforço com respiração funda constrói os músculos respiratórios e mantém toda a superfície ventilada;
- respire pelo nariz no frio e na poeira (Exercício 26.7) — o filtro protege a vassoura.
51.4 Exercícios
Exercício 51.1 ★
Descreva a inspiração e a expiração como trabalho e soltura: que músculos, que movimentos?
Solução
Solução de Exercício 51.1.
Inspiração: os músculos das costelas levantam e alargam a caixa enquanto o diafragma se achata para baixo; o peito esticado puxa os pulmões e o ar entra — trabalho muscular. Expiração em repouso: os músculos relaxam e o peito esticado volta como uma mola, empurrando o ar para fora — soltura, quase de graça.
Exercício 51.2 ★
O que é o diafragma, e onde ele fica?
Solução
Solução de Exercício 51.2.
O piso muscular largo debaixo dos pulmões, que fecha o peito por baixo; o achatamento dele é a metade profunda de toda inspiração.
Exercício 51.3 ★
O que são os alvéolos — quantos, com que parede, envolvidos por quê?
Solução
Solução de Exercício 51.3.
As bolsinhas de ar dos pulmões: centenas de milhões de bolhas de parede fina nas pontas mais finas das vias aéreas, cada uma envolvida por vasos sanguíneos finos.
Exercício 51.4 ★
Dê os números redondos: oxigênio no ar inspirado e no ar expirado; gás carbônico no ar expirado. Quais são as diferenças?
Solução
Solução de Exercício 51.4.
Inspirado: cerca de por cento de oxigênio e quase nada de gás carbônico. Expirado: cerca de por cento de oxigênio e cerca de por cento de gás carbônico. As diferenças — cinco pontos de oxigênio retirados, quatro de gás carbônico acrescentados — são a própria troca.
Exercício 51.5 ★
Que especificação os alvéolos cumprem, e com quais dois outros órgãos deste ano eles a compartilham?
Solução
Solução de Exercício 51.5.
A superfície de travessia grande, fina, úmida e forrada de sangue. Compartilhada com as plumas das brânquias (Proposição 47.1) e com as vilosidades do intestino (Exemplo 50.7).
Exercício 51.6 ★
Diga três dos quatro ataques da fumaça à maquinaria.
Exercício 51.7 ★★
Por que inspirar é trabalho, enquanto expirar em repouso é de graça? De onde vem o empurrão para fora?
Solução
Solução de Exercício 51.7.
A inspiração precisa esticar o peito e os pulmões contra a mola deles — e esse esticar é o trabalho. A expiração em repouso é a própria mola voltando: o peito alargado e os pulmões esticados recuam, e o recuo empurra o ar.
Exercício 51.8 ★★
Explique por que a superfície alveolar perdida não pode ser compensada respirando mais rápido — que fator da troca está faltando?
Solução
Solução de Exercício 51.8.
A troca precisa de superfície tanto quanto de ar fresco: a travessia só acontece onde o ar encontra parede forrada de sangue. Um fole mais rápido em bolsinhas menos numerosas e mais frouxas ventila uma superfície que já não existe — o fator que falta é a própria área de travessia.
Exercício 51.9 ★★
Interprete os dois testes de escada do Exemplo 51.7, ataque por ataque.
Solução
Solução de Exercício 51.9.
O fumante sobe com vias aéreas estreitadas (entrada estrangulada), uma superfície alveolar reduzida (menos carga por respiração) e assentos de oxigênio ocupados pelo gás da fumaça (menos transportado por rodada). Para pagar a mesma conta muscular, o coração precisa fazer mais rodadas — daí a chegada ofegante num pulso de nível de corrida.
Exercício 51.10 ★★
Um mergulhador expira devagar enquanto sobe; um trompetista mantém notas longas e firmes. Que metades da Proposição 51.1 cada um deles está treinando ou usando?
Solução
Solução de Exercício 51.10.
Os dois são controle treinado da fase de saída: acrescentar músculo medido àquilo que normalmente é uma mola passiva — o mergulhador, para liberar o ar em expansão de forma constante; o trompetista, para dosar uma única saída longa e controlada. (As inspirações fundas deles treinam também o trabalho de entrada.)
Exercício 51.11 ★★
Concilie o Exemplo 51.5 com a Proposição 49.4: que três ajustes multiplicam a entrega no esforço, e em que balcões?
Solução
Solução de Exercício 51.11.
A respiração mais funda e mais rápida multiplica a carga no balcão alveolar; o coração mais rápido e mais forte multiplica as rodadas no balcão do transporte; o redirecionamento alarga os vasos locais dos músculos no balcão da entrega. Três ajustes, uma entrega multiplicada (os livros equilibrados do Exemplo 51.5).
Exercício 51.12 ★★★
“O pulmão é uma fronteira de meia quadra de tênis dobrada dentro de uma caixa de sapato, e a fumaça é um incêndio lento nessa fronteira.” Justifique as duas imagens com os números e os mecanismos deste capítulo.
Solução
Solução de Exercício 51.12.
A fronteira: centenas de milhões de alvéolos somam cerca de meia quadra de tênis de superfície de troca, dobrada dentro de um peito — e por ela atravessam para dentro cinco pontos percentuais do oxigênio de cada respiração e para fora quatro de gás carbônico. O incêndio lento: o alcatrão e a irritação da fumaça consomem essa fronteira ano após ano — cobrindo os acessos dela, derrubando as bolsinhas dela, tomando os assentos de transporte dela — de forma cumulativa, silenciosa e só em parte reversível, como uma fronteira queimada mais depressa do que consegue ser reconstruída.
51.5 Problema: O dossiê da máquina respiratória
Problema 51.1
Problema de fim de semana — a inspeção de um engenheiro no fole humano
Uma turma de engenharia “inspeciona” a máquina respiratória humana no papel: entrada, bomba, superfície de troca, ligação com o transporte e histórico de manutenção.
Parte I — A bomba.
- Monte o ciclo da bomba: as duas fases, quem move cada uma e que fase custa energia em repouso.
- A bomba não tem contato com o músculo do próprio órgão bombeado — os pulmões não têm músculo. Como o alargamento do peito consegue mover ar?
- Dê o ritmo de repouso da bomba e os dois ajustes de esforço dela (Proposição 49.4).
- Ofegar, suspirar, apagar velinhas: atribua cada um ao lugar dele na mecânica do ciclo.
Parte II — A superfície de troca.
- Especifique a superfície: nome, número, parede, envoltório, tamanho somado.
- Verifique a especificação contra a Proposição 47.1, item por item.
- O ar de entrada e o ar de saída diferem pelas porcentagens do capítulo. Calcule a diferença de oxigênio como fração dos por cento da entrada — mais ou menos que parte do oxigênio inspirado fica retida?
- Por que o ar de saída precisa continuar quente e úmido — de que propriedade da superfície isso é o preço?
Parte III — O histórico de manutenção.
- Arquive os quatro ataques da fumaça em: entrada, bomba, superfície, transporte. Uma linha para cada.
- O dossiê anota: “as perdas de superfície são perdas de capital”. Explique, em contraste com as tosses e os resfriados, que são reparos correntes.
- Escreva o cronograma de manutenção — o Método 51.8 — como quatro diretrizes de engenheiro, com os motivos.
- Encerre a inspeção: uma frase sobre por que esta máquina, a única entre as bombas e fronteiras do corpo, está metade sob o controle voluntário do dono — e para que serve esse controle (a fala, o canto, a expiração lenta do mergulhador).
Solução
Solução de Problema 51.1.
1. Fase de entrada: os músculos das costelas levantam e alargam a caixa e o diafragma se achata — custa energia. Fase de saída (em repouso): os músculos soltam, o peito e os pulmões voltam como mola — quase de graça. O ciclo se repete umas vezes por minuto.
2. Os pulmões ficam colados à parede interna do peito: alargue o peito e os pulmões são esticados junto, e o ar de fora entra para preencher o espaço esticado. A bomba funciona remodelando a sala, e não espremendo o órgão.
3. Cerca de ciclos por minuto em repouso; no esforço os ciclos ficam mais rápidos e mais fundos — mais respirações e mais ar por respiração.
4. Ofegar: ciclos rápidos e rasos, quase todos de diafragma. Suspirar: um esticamento extrafundo e uma soltura longa — um reajuste da mola. Velinhas: a fase de saída com músculo acrescentado à mola.
5. Os alvéolos: centenas de milhões de bolhas de parede fina, cada uma envolvida por vasos finos, somando cerca de meia quadra de tênis.
6. Grande: a quadra somada. Fina: paredes de bolha da espessura de uma célula. Úmida: o revestimento delas. Forrada de sangue: os vasos que envolvem. Especificação cumprida nos quatro quesitos.
7. Cinco pontos retidos de — mais ou menos um quarto do oxigênio inspirado é retirado a cada respiração.
8. Da umidade da superfície: o ar que sai varreu paredes molhadas (e quentes), então o ar de saída leva embora água e calor — o espelho embaçado é o custo de manutenção da superfície, pago a cada respiração.
9. Entrada: o alcatrão cobre e irrita as vias aéreas. Bomba: as vias aéreas estreitadas estrangulam cada ciclo. Superfície: as paredes alveolares se desfazem e se fundem — área perdida. Transporte: o gás da fumaça ocupa os assentos de oxigênio do sangue.
10. As tosses e os resfriados inflamam e limpam — a maquinaria se conserta e volta ao serviço. As paredes alveolares rompidas não se reconstroem: cada bolsinha fundida é área de troca riscada dos livros para sempre — capital, e não custo corrente.
11. (1) Não admitir fumaça: perdas de capital são para sempre. (2) Funcionar com ar limpo: filtros e vassouras têm capacidade finita. (3) Exercitar a bomba sob carga: o esforço fundo mantém os músculos e ventila a superfície inteira. (4) Entrada pelo nariz no frio e na poeira: o pré-condicionamento protege o conjunto.
12. Sozinha entre as bombas do corpo, o fole atende tanto aos serviços automáticos quanto à vontade — porque a mesma saída que libera o gás carbônico é o vento da fala e do canto, e uma máquina emprestada à linguagem precisa aceitar a mão de quem fala nos controles.