Desenvolvimento do Sistema Respiratório

Descrição Geral

O desenvolvimento pulmonar ocorre em 5 estágios:

• Embrionário: desenvolvimento da traqueia e brotos brônquicos primários
• Pseudoglandular: desenvolvimento da árvore brônquica até o nível dos bronquíolos terminais
• Canalicular: desenvolvimento dos bronquíolos respiratórios e alvéolos primitivos
• Sacular: maturação dos alvéolos e produção de surfactante
• Alveolar: aumento do número de alvéolos, capilares e continuação da sua maturação

In útero, os pulmões são:

• Desnecessários como órgãos respiratórios (estão dormentes)
• Uma fonte primária de líquido amniótico
• Preenchidos por fluido, e não estão insuflados

Imediatamente após o parto:

• Os pulmões expandem-se, pela primeira vez, com a primeira respiração do bebé.
• Esta primeira respiração empurra o líquido amniótico para fora dos espaços aéreos e para a vasculatura, enquanto os pulmões se enchem de ar.
• O surfactante ↓ a tensão superficial nos alvéolos e mantém os espaços aéreos abertos.
• A presença adequada de surfactante é frequentemente um fator primário na determinação da sobrevivência infantil.

Mnemónica:

Para relembrar rapidamente a cronologia dos estágios do desenvolvimento pulmonar, lembrar de  “Every Pulmonologist Can See Alveoli”: (Todo o pneumologista pode ver alvéolos):

• Embrionário
• Pseudoglandular
• Canalicular
• Sacular
• Alveolar

Estágio Embrionário

O desenvolvimento da árvore brônquica inicia-se no estágio embrionário, com o seu crescimento, a partir do tubo intestinal embrionário, e a formação da laringe, da traqueia e dos pulmões no final do estágio.

Camadas embrionárias

Processo de desenvolvimento na fase embrionária

A árvore brônquica desenvolve-se a partir do intestino anterior do tubo intestinal embrionário.

• Ocorre 4-7 semanas após a conceção
• Tubo intestinal embrionário:
  • Forma-se, lateralmente, a partir da camada de endoderme dobrada
  • É cercado por mesoderme
  • Possui 3 secções:
    • Intestino anterior
    • Intestino médio
    • Intestino posterior
• Broto pulmonar (divertículo respiratório):
  • Brotos do lado ventral do intestino anterior que surgem por volta da semana 4
  • Simultaneamente, cresce para fora (ventralmente) e para baixo (caudalmente)
  • Inclui tanto a endoderme quanto a mesoderme esplancnopleurica circundante
• Sulco traqueoesofágico (ou crista):
  • À medida que o broto pulmonar cresce e desce, o sulco traqueoesofágico aparece como reentrâncias laterais entre o novo broto pulmonar e o intestino anterior.
  • Os sulcos/estrias movem-se medialmente, “comprimindo” o broto pulmonar e formando o septo traqueoesofágico.
  • O septo traqueoesofágico cria dois tubos distintos:
    • Esófago (posteriormente, a partir do intestino anterior original)
    • Traqueia (anteriormente, a partir do broto pulmonar)
• Brotos brônquicos primários: A traqueia bifurca-se nos brotos dos brônquicos direito e esquerdo.
• Defeitos nesta fase podem causar:
  • Fístula traqueoesofágica (FTE): ocorre quando os sulcos traqueoesofágicos não encerram completamente na linha média
  • Atrésia esofágica: porções do esófago que não se formam; frequentemente coexiste com FTE
  • Atrésia traqueal: ausência parcial ou completa da traqueia abaixo da laringe (letal): O trato respiratório inferior é frequentemente conectado ao trato GI.
  • Sequestro broncopulmonar: tecido pulmonar acessório não funcional formado de forma anómala, que não se encontra conectado ao resto da árvore brônquica

Estágio Pseudoglandular

Esta fase dá origem à maior parte da árvore brônquica. Recebe este nome porque, histologicamente, os brônquios (que são revestidos por células cuboidais neste estágio) se assemelham a glândulas à medida que se ramificam na mesoderme circundante.

• Ocorre nas semanas 5-16 após a conceção
• No início deste estágio, por volta da semana 5, formam-se o broto pulmonar e os brotos brônquicos primários.
• Durante este estágio, a ramificação distal sucessiva dos brônquios forma a maior parte da árvore respiratória.
• Brotos brônquicos secundários:
  • O broto brônquico direito trifurca-se em 3 brotos brônquicos lobares secundários.
  • O broto brônquico esquerdo bifurca-se em dois brotos brônquicos lobares secundários.
• Brotos brônquicos terciários: divisão sucessiva
  • Pulmão direito: aproximadamente 20 brônquios terciários
  • Pulmão esquerdo: aproximadamente 18 brônquios terciários
• Bronquíolos terminais: extensa ramificação (ocorrem aproximadamente 20 divisões) até ao nível dos bronquíolos terminais
  • Desenvolvem-se os bronquíolos terminais (com revestimentos epiteliais espessos).
  • Os bronquíolos respiratórios não se desenvolvem até ao próximo estágio → não é possível ocorrerem trocas gasosas → feto ainda sem capacidade de sobrevivência
• Os bronquíolos ramificados invadem a mesoderme circundante.
• A mesoderme diferencia-se na:
  • Vasculatura pulmonar → a rede capilar pulmonar começa a formar-se
  • Tecido conjuntivo
  • Músculos brônquicos
  • Cartilagem
• Os precursores dos pneumócitos começam a desenvolver-se:
  • As células epiteliais cubóides indiferenciadas revestem a árvore respiratória.
  • Produzem líquido amniótico
• O primeiro movimento respiratório pode ser observado a partir das 10 semanas de gestação.
  • A respiração é controlada pelo tronco cerebral.
  • Os movimentos respiratórios são paradoxais: o diafragma contrai e o tórax move-se para dentro e vice-versa.
• No final desta etapa:
  • Formação de bronquíolos terminais, de um sistema arterial, da cartilagem e do músculo liso
  • Desenvolvem-se os precursores de pneumócitos.
• Defeitos nesta fase:
  • Atrésia ou estenose brônquica
  • Quisto broncogénico: brotamento anómalo do intestino anterior, que não comunica com a árvore traqueobrônquica

Estágio Canalicular

Durante este estágio, as unidades respiratórias (também denominadas canalículos) desenvolvem-se no final dos bronquíolos terminais.

• Ocorre 16-26 semanas após a conceção
• As unidades respiratórias começam a desenvolver-se:
  • Os bronquíolos terminais (pequenas vias aéreas “condutoras”) estendem-se e ramificam-se nos bronquíolos respiratórios.
  • Os bronquíolos respiratórios desenvolvem-se em 3 a 6 ductos alveolares (as primeiras estruturas alveolares primitivas).
  • Desenvolve-se a vascularização do mesênquima circundante → redes capilares densas que começam a circundar os ductos alveolares
  • Fusão das membranas basais epiteliais capilar e respiratória
• Pneumócitos tipo II:
  • Células cuboidais mais espessas (incapazes de realizar trocas gasosas)
  • Revestem a maior parte do epitélio respiratório e dos alvéolos
  • Começam a produzir surfactante por volta da semana 20
  • Continuam a produzir líquido amniótico
  • A diferenciação em pneumócitos tipo I achatados, capazes de realizarem trocas gasosas, é mínima.
• Surfactante (abreviação de “agente ativo de superfície”):
  • Produzido a partir de glicogénio
  • Consiste em:
    • Lípidos (compostos principalmente de fosfatidilcolina)
    • Proteínas surfactantes hidrofóbicas B e C
    • Proteínas surfactantes hidrofílicas
  • Armazenado em corpos lamelares
  • Cobre a superfície alveolar
  • ↓ A tensão superficial dentro dos alvéolos, evitando o colapso dos mesmos após o nascimento.
• No final do estágio canalicular:
  • É possível ocorrer alguma respiração devido à formação das porções que realizam trocas gasosas no pulmão.
  • Foi produzido uma grande parte do líquido amniótico.
  • A maturidade dos pulmões é definida pela produção de surfactante.
  • Os bebés nascidos em fases posteriores podem sobreviver com o apoio de cuidados intensivos.
• Defeitos nesta fase: causam danos aos componentes que efetuam trocas gasosas e resultam em alterações estruturais do parênquima pulmonar

Estágio Sacular

Durante este estágio, os alvéolos começam a amadurecer. Isto ocorre à medida que os pneumócitos tipo II (células cuboidais) se aplanam em pneumócitos tipo I, capazes de realizar trocas gasosas, criando a área de superfície para as trocas gasosas. A produção de surfactante aumenta significativamente.

• Semana 26 após a conceção, até o nascimento
• Os ductos alveolares expandem-se em sacos terminais e começam a amadurecer:
  • Pneumócitos tipo II (células cuboidais espessas incapazes de realizar trocas gasosas) → achatam-se em pneumócitos tipo I finos (capazes de realizar trocas gasosas)
  • Originam os sacos terminais, de paredes finas (alvéolos imaturos)
  • Os pneumócitos tipo II ↑ produção de surfactante: geralmente atingem níveis adequados por volta da semana 32
• As redes capilares crescem:
  • Os capilares associam-se aos sacos terminais.
  • A membrana basal forma-se, nos sacos terminais, entre os pneumócitos e as células endoteliais.
• As trocas gasosas tornam-se possíveis:
  • Quando os sacos terminais, amadurecidos com pneumócitos finos do tipo 1, se associam aos capilares
  • Conhecida como barreira sangue-ar (alveolocapilar)
• No final da fase sacular:
  • Estão formadas todas as ramificações dos ramos condutores e respiratórios.
  • Os sacos são bolsas finas e de paredes lisas, capazes de realizar trocas gasosas.
  • A produção de surfactante é aumentada.
• Bebés nascidos > 32 semanas têm muito ↑ probabilidade de sobrevivência do que aqueles nascidos com 24 semanas.

Estágio Alveolar

Durante o estágio alveolar, as unidades respiratórias continuam a crescer em número e maturidade.

• A partir da semana 32 após a conceção, até aos 8 anos de vida
• Septação dos sacos terminais → ↑ área de superfície e leva a uma maior maturação dos alvéolos
• Expansão contínua da rede capilar
• Os alvéolos continuam a aumentar em número:
  • 50 milhões de alvéolos ao nascimento
  • ↑ Rápido no número de alvéolos nos 1º 6 meses de vida
  • Álveolos com crescimento contínuo em número e tamanho até aos 8 anos de idade
  • Aproximadamente 300 milhões de alvéolos aos 8 anos

Relevância Clínica

• Fístula traqueoesofágica: ocorre quando o esófago está conectado à traqueia por uma fístula: a fístula traqueoesofágica está frequentemente associada à atrésia esofágica, embora sejam possíveis diversas variações anatómicas diferentes. O tratamento requer correção cirúrgica.
• Hipoplasia pulmonar: desenvolvimento incompleto dos pulmões, resultando num número ou tamanho anormalmente baixo de segmentos broncopulmonares e/ou alvéolos: Pode suspeitar-se de hipoplasia pulmonar na ultrassonografia pré-natal, com diagnóstico ao nascimento, com base em achados clínicos e exames de imagem e/ou pulmonares. O tratamento foca-se no suporte ventilatório e a sobrevida depende do grau do subdesenvolvimento pulmonar.
• Síndrome do desconforto respiratório neonatal: doença causada pelo défice de surfactante num bebé prematuro, devido à imaturidade dos pulmões: Esta síndrome ocorre frequentemente em bebés < 28 semanas de idade gestacional. O diagnóstico geralmente é clínico, com achados característicos na radiografia de tórax. O tratamento inclui prevenção do trabalho de parto prematuro, esteroides maternos para promoção da maturidade pulmonar fetal ainda io útero, administração de surfactante e suporte respiratório.
• Fisiologia respiratória: As células humanas dependem principalmente do metabolismo aeróbico. Portanto, a obtenção de oxigénio, o seu transporte aos tecidos e a excreção do subproduto da respiração celular (dióxido de carbono) de forma eficiente são funções necessárias para a sobrevivência.