Em formação

23.2: Anatomia e Microbiota Normal do Trato Respiratório - Biologia


Habilidades para desenvolver

  • Descreva as principais características anatômicas do trato respiratório superior e inferior
  • Descreva a microbiota normal do trato respiratório superior e inferior
  • Explique como os microorganismos superam as defesas das membranas do trato respiratório superior e inferior para causar infecção
  • Explique como os micróbios e o sistema respiratório interagem e se modificam em indivíduos saudáveis ​​e durante uma infecção

foco clínico - parte 1

John, um homem de 65 anos com asma e diabetes tipo 2, trabalha como vendedor em uma loja de materiais de construção local. Recentemente, começou a sentir-se bastante mal e marcou uma consulta com o médico de família. Na clínica, John relatou que sentiu dor de cabeça, dor no peito, tosse e falta de ar. No dia anterior, ele também sentiu náuseas e diarreia. Uma enfermeira mediu sua temperatura e descobriu que ele estava com febre de 40 ° C (104 ° F).

John sugeriu que ele deve ter um caso de influenza (gripe) e lamentou ter adiado a vacinação contra a gripe este ano. Depois de ouvir a respiração de John por meio de um estetoscópio, o médico solicitou uma radiografia de tórax e coletou amostras de sangue, urina e escarro.

Exercício ( PageIndex {1} )

Com base nessas informações, quais fatores podem ter contribuído para a doença de John?

A função primária do trato respiratório é a troca de gases (oxigênio e dióxido de carbono) para o metabolismo. No entanto, a inalação e a exalação (principalmente quando forçadas) também podem servir como um veículo de transmissão de patógenos entre indivíduos.

Anatomia do Sistema Respiratório Superior

O sistema respiratório pode ser conceitualmente dividido em regiões superior e inferior na ponta da epiglote, a estrutura que isola o sistema respiratório inferior da faringe durante a deglutição (Figura ( PageIndex {1} )). O sistema respiratório superior está em contato direto com o ambiente externo. As narinas (ou narinas) são as aberturas externas do nariz que levam de volta à cavidade nasal, um grande espaço cheio de ar atrás das narinas. Esses sítios anatômicos constituem a abertura primária e a primeira seção do trato respiratório, respectivamente. A cavidade nasal é forrada de pelos que prendem grandes partículas, como poeira e pólen, e impedem seu acesso aos tecidos mais profundos. A cavidade nasal também é revestida por uma membrana mucosa e glândulas de Bowman que produzem muco para ajudar a reter partículas e microorganismos para remoção. A cavidade nasal está conectada a vários outros espaços cheios de ar. Os seios da face, um conjunto de quatro pequenas cavidades emparelhadas no crânio, comunicam-se com a cavidade nasal por meio de uma série de pequenas aberturas. A nasofaringe é parte da garganta superior que se estende desde a cavidade nasal posterior. A nasofaringe transporta o ar inalado pelo nariz. O ouvido médio é conectado à nasofaringe através da tuba auditiva. O ouvido médio é separado do ouvido externo pela membrana timpânica, ou tímpano. E, finalmente, as glândulas lacrimais drenam para a cavidade nasal através dos dutos nasolacrimais (dutos lacrimais). As conexões abertas entre esses locais permitem que os microrganismos se movam da cavidade nasal para os seios da face, orelhas médias (e costas), e para baixo no trato respiratório inferior da nasofaringe.

A cavidade oral é uma abertura secundária para o trato respiratório. As cavidades oral e nasal se conectam através das fauces à faringe ou garganta. A faringe pode ser dividida em três regiões: a nasofaringe, a orofaringe e a laringofaringe. O ar inalado pela boca não passa pela nasofaringe; segue primeiro pela orofaringe e depois pela laringofaringe. As tonsilas palatinas, que consistem em tecido linfóide, estão localizadas na orofaringe. A laringofaringe, a última porção da faringe, se conecta à laringe, que contém a prega vocal (Figura ( PageIndex {1} )).

Figura ( PageIndex {1} ): (a) O ouvido é conectado ao trato respiratório superior pela tuba auditiva, que se abre para a nasofaringe. (b) As estruturas do trato respiratório superior.

Exercício ( PageIndex {2} )

  1. Identifique a sequência de estruturas anatômicas pelas quais os micróbios passariam em seu caminho das narinas para a laringe.
  2. Quais são os dois pontos anatômicos que as trompas de Eustáquio se conectam?

Anatomia do Sistema Respiratório Inferior

O sistema respiratório inferior começa abaixo da epiglote na laringe ou na caixa vocal (Figura ( PageIndex {2} )). A traqueia, ou traqueia, é um tubo cartilaginoso que se estende da laringe e fornece um caminho desobstruído para o ar chegar aos pulmões. A traquéia bifurca-se nos brônquios esquerdo e direito ao atingir os pulmões. Esses caminhos se ramificam repetidamente para formar redes menores e mais extensas de tubos, os bronquíolos. Os bronquíolos terminais formados nesta rede em forma de árvore terminam em becos sem saída chamados alvéolos. Essas estruturas são circundadas por redes capilares e são o local das trocas gasosas no sistema respiratório. Os pulmões humanos contêm cerca de 400 milhões de alvéolos. A superfície externa dos pulmões é protegida por uma membrana pleural de dupla camada. Essa estrutura protege os pulmões e fornece lubrificação para permitir que os pulmões se movam facilmente durante a respiração.

Figura ( PageIndex {2} ): As estruturas do trato respiratório inferior são identificadas nesta ilustração. (crédito: modificação do trabalho pelo National Cancer Institute)

Defesas do sistema respiratório

O revestimento interno do sistema respiratório consiste em membranas mucosas (Figura ( PageIndex {3} )) e é protegido por várias defesas imunológicas. As células caliciformes dentro do epitélio respiratório secretam uma camada de muco pegajoso. A viscosidade e a acidez dessa secreção inibem a fixação microbiana às células subjacentes. Além disso, o trato respiratório contém células epiteliais ciliadas. Os cílios pulsantes desalojam e impulsionam o muco e quaisquer micróbios aprisionados para cima, para a epiglote, onde serão engolidos. A eliminação de micróbios dessa maneira é conhecida como efeito de escada rolante mucociliar e é um mecanismo importante que evita que os microrganismos inalados migrem para o trato respiratório inferior.

Figura ( PageIndex {3} ): Esta micrografia mostra a estrutura da membrana mucosa do trato respiratório. (crédito: modificação da micrografia fornecida pelos Regentes da Escola de Medicina da Universidade de Michigan © 2012)

O sistema respiratório superior está sob vigilância constante pelo tecido linfóide associado à mucosa (MALT), incluindo as adenóides e as amígdalas. Outras defesas da mucosa incluem anticorpos secretados (IgA), lisozima, surfactante e peptídeos antimicrobianos chamados defensinas. Enquanto isso, o trato respiratório inferior é protegido por macrófagos alveolares. Esses fagócitos matam com eficiência quaisquer micróbios que consigam escapar das outras defesas. A ação combinada desses fatores torna o trato respiratório inferior quase desprovido de micróbios colonizados.

Exercício ( PageIndex {3} )

  1. Identifique a sequência de estruturas anatômicas pelas quais os micróbios passariam em seu caminho da laringe para os alvéolos.
  2. Cite algumas defesas do sistema respiratório que protegem contra infecções microbianas.

Microbiota normal do sistema respiratório

O trato respiratório superior contém uma microbiota abundante e diversa. As passagens nasais e seios da face são colonizados principalmente por membros de Firmicutes, Actinobacteria e Proteobacteria. As bactérias mais comuns identificadas incluem Staphylococcus epidermidis, estreptococos do grupo viridans (VGS), Corynebacterium spp. (difteróides), Propionibacterium spp., e Haemophilus spp. A orofaringe inclui muitos dos mesmos isolados do nariz e seios da face, com a adição de números variáveis ​​de bactérias como espécies de Prevotella, Fusobacterium, Moraxella, e Eikenella, bem como alguns Candida isolados de fungos. Além disso, muitos humanos saudáveis ​​carregam de forma assintomática patógenos potenciais no trato respiratório superior. Tanto quanto 20% da população carrega Staphylococcus aureus em suas narinas.1 A faringe também pode ser colonizada por cepas patogênicas de Estreptococo, Haemophilus, e Neisseria.

O trato respiratório inferior, ao contrário, é escassamente povoado por micróbios. Dos organismos identificados no trato respiratório inferior, espécies de Pseudomonas, Estreptococo, Prevotella, Fusobacterium, e Veillonella são os mais comuns. Não está claro neste momento se essas pequenas populações de bactérias constituem uma microbiota normal ou se são transitórias.

Muitos membros da microbiota normal do sistema respiratório são patógenos oportunistas. Para proliferar e causar danos ao hospedeiro, eles primeiro devem superar as defesas imunológicas dos tecidos respiratórios. Muitos patógenos da mucosa produzem fatores de virulência, como adesinas que medeiam a ligação às células epiteliais do hospedeiro, ou cápsulas de polissacarídeo que permitem que os micróbios evitem a fagocitose. As endotoxinas de bactérias gram-negativas podem estimular uma forte resposta inflamatória que danifica as células respiratórias. Outros patógenos produzem exotoxinas e outros ainda têm a capacidade de sobreviver dentro das células hospedeiras. Uma vez que uma infecção do trato respiratório é estabelecida, ela tende a prejudicar a escada rolante mucociliar, limitando a capacidade do corpo de expelir os micróbios invasores, tornando mais fácil para os patógenos se multiplicarem e se espalharem.

As vacinas foram desenvolvidas para muitos dos patógenos bacterianos e virais mais graves. Vários dos patógenos respiratórios mais importantes e suas vacinas, se disponíveis, estão resumidos na Tabela ( PageIndex {1} ). Os componentes dessas vacinas serão explicados posteriormente neste capítulo.

Tabela ( PageIndex {1} ): Algumas doenças respiratórias e vacinas importantes

DoençaPatógenoVacina (s) Disponível (s)2
Varicela / herpes zosterVírus varicela-zosterVacina contra varicela (catapora), vacina contra herpes zoster (zona)
Resfriado comumRinovírusNenhum
DifteriaCorynebacterium diphtheriaeDtaP, Tdap, DT, Td, DTP
Epiglotite, otite médiaHaemophilus influenzaeHib
GripeVírus da gripeInativado, FluMist
SarampoVírus do sarampoMMR
CoquelucheBordetella pertussisDTaP, Tdap
PneumoniaStreptococcus pneumoniaeVacina pneumocócica conjugada (PCV13), vacina pneumocócica polissacarídica (PPSV23)
Rubéola (sarampo alemão)Vírus da rubéolaMMR
Síndrome respiratória aguda grave (SARS)Coronavírus associado a SARS (SARS-CoV)Nenhum
TuberculoseMycobacterium tuberculosisBCG

Exercício ( PageIndex {4} )

  1. Quais são algumas bactérias patogênicas que fazem parte da microbiota normal do trato respiratório?
  2. Quais fatores de virulência são usados ​​pelos patógenos para superar a proteção imunológica do trato respiratório?

Sinais e sintomas de infecção respiratória

As doenças microbianas do sistema respiratório geralmente resultam em uma resposta inflamatória aguda. Essas infecções podem ser agrupadas pelo local afetado e ter nomes que terminam em "itis", que significa literalmente inflamação de. Por exemplo, a rinite é uma inflamação das cavidades nasais, frequentemente característica do resfriado comum. A rinite também pode estar associada a alergias à febre do feno ou outros irritantes. A inflamação dos seios da face é chamada de sinusite. A inflamação do ouvido é chamada de otite. A otite média é uma inflamação do ouvido médio. Uma variedade de micróbios pode causar faringite, comumente conhecida como dor de garganta. Uma inflamação da laringe é chamada de laringite. A inflamação resultante pode interferir na função das cordas vocais, causando perda de voz. Quando as amígdalas estão inflamadas, isso é chamado de amigdalite. Os casos crônicos de amigdalite podem ser tratados cirurgicamente com amigdalectomia. Mais raramente, a epiglote pode ser infectada, uma condição chamada epiglotite. No sistema respiratório inferior, a inflamação dos brônquios resulta em bronquite. O mais grave de tudo é a pneumonia, na qual os alvéolos dos pulmões são infectados e inflamados. Pus e edema se acumulam e preenchem os alvéolos com fluidos (chamados de consolidações). Isso reduz a capacidade dos pulmões de trocar gases e muitas vezes resulta em uma tosse produtiva, expelindo catarro e muco. Os casos de pneumonia podem variar de leves a potencialmente fatais e continuam sendo uma importante causa de mortalidade em crianças e idosos.

Exercício ( PageIndex {5} )

Descreva os sintomas típicos de rinite, sinusite, faringite e laringite.

PNEUMONIA ASSOCIADA AO FUMO

Camila é uma estudante de 22 anos, fumante crônica há 5 anos. Recentemente, ela desenvolveu uma tosse persistente que não respondeu aos tratamentos sem receita. Seu médico pediu uma radiografia de tórax para investigar. Os resultados radiológicos foram compatíveis com pneumonia. Além disso, Streptococcus pneumoniae foi isolado do escarro de Camila.

Os fumantes correm um risco maior de desenvolver pneumonia do que a população em geral. Vários componentes da fumaça do tabaco demonstraram prejudicar as defesas imunológicas dos pulmões. Esses efeitos incluem interromper a função das células epiteliais ciliadas, inibir a fagocitose e bloquear a ação de peptídeos antimicrobianos. Juntos, eles levam a uma disfunção do efeito de escada rolante mucociliar. Os organismos presos no muco são, portanto, capazes de colonizar os pulmões e causar infecções, em vez de serem expelidos ou engolidos.

Conceitos-chave e resumo

  • O trato respiratório é dividido em regiões superiores e inferiores na epiglote.
  • O ar entra no trato respiratório superior através do cavidade nasal e boca, que levam ao faringe. O trato respiratório inferior se estende desde o laringe no traquéia antes de ramificar para o brônquios, que se dividem ainda mais para formar o bronquíolos, que termina em alvéolos, onde ocorre a troca gasosa.
  • O trato respiratório superior é colonizado por uma extensa e diversa microbiota normal, muitas das quais são patógenos potenciais. Poucos habitantes microbianos foram encontrados no trato respiratório inferior e podem ser transitórios.
  • Os membros da microbiota normal podem causar infecções oportunistas, usando uma variedade de estratégias para superar as defesas inatas inatas (incluindo a escada rolante mucociliar) e as defesas específicas adaptativas do sistema respiratório.
  • Vacinas eficazes estão disponíveis para muitos patógenos respiratórios comuns, bacterianos e virais.
  • A maioria das infecções respiratórias resulta em inflamação dos tecidos infectados; essas condições recebem nomes que terminam em -isto é, como rinite, sinusite, otite, faringite, e bronquite.

Múltipla escolha

Qual das alternativas a seguir não está diretamente conectada à nasofaringe?

A. orelha média
B. orofaringe
Glândulas C. lacrimal
D. cavidade nasal

C

Que tipo de células produzem o muco para as membranas mucosas?

A. células caliciformes
B. macrófagos
C. fagócitos
D. células epiteliais ciliadas

UMA

Qual deles ordena corretamente as estruturas pelas quais o ar passa durante a inalação?

A. faringe → traqueia → laringe → brônquios
B. faringe → laringe → traqueia → brônquios
C. laringe → faringe → brônquios → traqueia
D. laringe → faringe → traqueia → brônquios

B

O ___________ separa o trato respiratório superior e inferior.

A. brônquios
B. laringe
C. epiglottis
D. tonsila palatina

C

Qual fator de virulência microbiana é mais importante para a fixação aos tecidos respiratórios do hospedeiro?

A. adesinas
B. lipopolissacarídeo
C. hialuronidase
D. cápsulas

UMA

Preencher a lacuna

Micróbios soltos são movidos dos pulmões para a epiglote pelo efeito _______.

escada rolante mucociliar

Muitos patógenos bacterianos produzem _______ para evitar a fagocitose.

cápsulas

O principal tipo de anticorpo nas defesas da membrana mucosa é _______.

IgA

_______ resulta de uma inflamação da "caixa vocal".

Laringite

_______ fagocitar patógenos potenciais na parte inferior do pulmão.

Macrófagos alveolares

Resposta curta

Explique por que o trato respiratório inferior é essencialmente estéril.

Explique por que a pneumonia costuma ser uma doença com risco de vida.

Pensamento crítico

Nomeie cada uma das estruturas do trato respiratório mostradas e indique se cada uma tem uma microbiota normal relativamente grande ou pequena.

(crédito: modificação do trabalho pelo National Cancer Institute)

A fibrose cística causa, entre outras coisas, a formação de excesso de muco nos pulmões. O muco é muito seco e endurecido, ao contrário do muco úmido e mais fluido dos pulmões normais. Que efeito você acha que isso tem nas defesas do pulmão?

Por que você acha que os fumantes têm maior probabilidade de sofrer de infecções do trato respiratório?

Notas de rodapé

  1. 1 J. Kluytmans et al. “Nasal Carriage of Staphylococcus aureus: Epidemiologia, mecanismos subjacentes e riscos associados. ” Avaliações de Microbiologia Clínica 10 não. 3 (1997): 505-520.
  2. 2 Nomes completos das vacinas listadas na tabela: Haemophilus influenzae tipo B (Hib); Difteria, tétano e coqueluche acelular (DtaP); tétano, difteria e coqueluche acelular (Tdap); difteria e tétano (DT); tétano e difteria (Td); difteria, coqueluche e tétano (DTP); Bacillus Calmette-Guérin; Sarampo, caxumba, rubéola (MMR)

Contribuinte

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) e Brian M. Forster (Saint Joseph's University) com muitos autores contribuintes. Conteúdo original via Openstax (CC BY 4.0; acesse gratuitamente em https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Assista o vídeo: Microbiologia Médica: Microbiota normal Parte 1 (Janeiro 2022).