22.1: Anatomia e microbiota normal do trato respiratório
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Objetivos de
- Descreva as principais características anatômicas do trato respiratório superior e inferior
- Descreva a microbiota normal das vias respiratórias superiores e inferiores
- Explique como os microrganismos superam as defesas das membranas do trato respiratório superior e inferior para causar infecções
- Explicar como os micróbios e o sistema respiratório interagem e se modificam em indivíduos saudáveis e durante uma infecção
John, um homem de 65 anos com asma e diabetes tipo 2, trabalha como vendedor em uma loja local de artigos para o lar. Recentemente, ele começou a se sentir muito mal e marcou uma consulta com seu médico de família. Na clínica, John relatou sentir dor de cabeça, dor no peito, tosse e falta de ar. No último dia, ele também sentiu algumas náuseas e diarreia. Uma enfermeira mediu sua temperatura e descobriu que ele estava com febre de 40 °C (104 °F).
John sugeriu que ele deveria ter um caso de 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 principal função do trato respiratório é trocar gases (oxigênio e dióxido de carbono) pelo metabolismo. No entanto, a inspiração e a expiração (especialmente quando forçadas) também podem servir como um veículo de transmissão de patógenos entre indivíduos.
Anatomia do Sistema Respiratório Superior
O sistema respiratório pode ser dividido conceitualmente em regiões superior e inferior no ponto da epiglote, a estrutura que separa 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 revestida por pelos que retêm partículas grandes, 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, um conjunto de quatro, emparelhados com pequenas cavidades no crânio, comunicam-se com a cavidade nasal por meio de uma série de pequenas aberturas. A nasofaringe faz parte da parte superior da garganta que se estende da cavidade nasal posterior. A nasofaringe transporta o ar inalado pelo nariz. O ouvido médio está conectado à nasofaringe através da trompa do Eustaquio. 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 ductos nasolacrimais (canais lacrimais). As conexões abertas entre esses locais permitem que os microrganismos se movam da cavidade nasal para os seios nasais, orelhas médias (e costas) e da nasofaringe para o trato respiratório inferior.
A cavidade oral é uma abertura secundária para o trato respiratório. As cavidades oral e nasal se conectam através das torneiras à faringe ou garganta. A faringe pode ser dividida em três regiões: nasofaringe, orofaringe e laringofaringe. O ar inalado pela boca não passa pela nasofaringe; ele passa primeiro pela orofaringe e depois pela laringofaringe. As amígdalas palatinas, que consistem em tecido linfóide, estão localizadas dentro da orofaringe. A laringofaringe, a última porção da faringe, se conecta à laringe, que contém a prega vocal (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Exercício\(\PageIndex{2}\)
- Identifique a sequência de estruturas anatômicas pelas quais os micróbios passariam das narinas para a laringe.
- Quais são os dois pontos anatômicos que as trompas de Eustaquio conectam?
Anatomia do Sistema Respiratório Inferior
O sistema respiratório inferior começa abaixo da epiglote na laringe ou na caixa vocal (Figura\(\PageIndex{2}\)). A traquéia, ou traqueia, é um tubo cartilaginoso que se estende da laringe e fornece um caminho desobstruído para o ar chegar aos pulmões. A traquéia se bifurca nos brônquios esquerdo e direito quando chega aos pulmões. Esses caminhos se ramificam repetidamente para formar redes menores e mais extensas de tubos, os bronquíolos. Os bronquíolos terminais formados nessa rede em forma de árvore terminam em becos sem saída chamados alvéolos. Essas estruturas são cercadas por redes capilares e são o local das trocas gasosas no sistema respiratório. Os pulmões humanos contêm cerca de 400.000.000 de alvéolos. A superfície externa dos pulmões é protegida por uma membrana pleural de camada dupla. Essa estrutura protege os pulmões e fornece lubrificação para permitir que os pulmões se movam facilmente durante a respiração.
Defesas do Sistema Respiratório
O revestimento interno do sistema respiratório consiste em membranas mucosas (Figura\(\PageIndex{3}\)) e é protegido por múltiplas defesas imunológicas. As células caliciformes dentro do epitélio respiratório secretam uma camada de muco pegajoso. A viscosidade e a acidez dessa secreção inibem a ligação microbiana às células subjacentes. Além disso, o trato respiratório contém células epiteliais ciliadas. Os cílios pulsantes desalojam e impulsionam o muco e quaisquer micróbios presos até a epiglote, onde serão engolidos. A eliminação de micróbios dessa maneira é chamada de efeito da escada rolante mucociliar e é um mecanismo importante que impede que os microrganismos inalados migrem ainda mais para o trato respiratório inferior.
O sistema respiratório superior está sob constante vigilância pelo tecido linfóide associado à mucosa (MALT), incluindo as adenóides e as amígdalas. Outras defesas mucosas 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 eficientemente qualquer micróbio que consiga escapar das outras defesas. A ação combinada desses fatores torna o trato respiratório inferior quase desprovido de micróbios colonizados.
Exercício\(\PageIndex{3}\)
- Identifique a sequência de estruturas anatômicas pelas quais os micróbios passariam da laringe para os alvéolos.
- 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 diversificada. As vias nasais e os seios nasais são colonizados principalmente por membros dos 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 dos seios nasais, com a adição de um número variável de bactérias, como espécies de Prevotella, Fusobacterium, Moraxella e Eikenella, bem como alguns isolados de fungos de Candida. Além disso, muitos humanos saudáveis são portadores assintomáticos de patógenos potenciais no trato respiratório superior. Cerca de 20% da população carrega Staphylococcus aureus em suas narinas. 1 A faringe também pode ser colonizada por cepas patogênicas de Streptococcus, Haemophilus e Neisseria.
O trato respiratório inferior, ao contrário, é escassamente povoado por micróbios. Dos organismos identificados no trato respiratório inferior, as espécies de Pseudomonas, Streptococcus, Prevotella, Fusobacterium e Veillonella são as mais comuns. Não está claro no 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 devem primeiro 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 polissacarídeos que permitem que os micróbios evitem a fagocitose. As endotoxinas das 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 estabelecida uma infecção do trato respiratório, ela tende a prejudicar a escada rolante mucociliar, limitando a capacidade do corpo de expulsar os micróbios invasores, facilitando a multiplicação e disseminação dos patógenos.
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.
| Doença | Patógeno | Vacinas disponíveis 2 |
|---|---|---|
| Varicela/herpes zoster | Vírus da varicela-zoster | Vacina contra varicela (varicela), vacina contra herpes zoster (herpes zoster) |
| Resfriado comum | Rinovírus | Nenhuma |
| Difteria | Corynebacterium diphtheriae | DTap, Trap, DT, Td, DTP |
| Epiglotite, otite média | Haemophilus influenzae | Hib |
| Gripe | Vírus da gripe | Inativado, FluMist |
| Sarampo | Vírus do sarampo | MMR |
| Coqueluche | Bordetella pertussis | DTap, Tap |
| pneumonias | Streptococcus pneumoniae | Vacina pneumocócica conjugada (PCV13), vacina pneumocócica polissacárida (PPSV23) |
| Rubéola (sarampo alemão) | Vírus da rubéola | MMR |
| Síndrome respiratória aguda grave (SARS) | Coronavírus associado à SARS (SARS-CoV) | Nenhuma |
| Tuberculose | Mycobacterium tuberculosis | BCG |
Exercício\(\PageIndex{4}\)
- Quais são algumas bactérias patogênicas que fazem parte da microbiota normal do trato respiratório?
- Quais fatores de virulência são usados pelos patógenos para superar a proteção imune 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 têm nomes que terminam em “itis”, que significa literalmente inflamação de. Por exemplo, a rinite é uma inflamação das cavidades nasais, geralmente característica do resfriado comum. A rinite também pode estar associada a alergias à febre do feno ou a outros irritantes. A inflamação dos seios é chamada de sinusite, a inflamação da orelha 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 da voz. Quando as amígdalas estão inflamadas, isso é chamado de amigdalite. 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 ficam inflamados. O pus e o edema se acumulam e enchem os alvéolos com fluidos (chamados de consolidações). Isso reduz a capacidade dos pulmões de trocar gases e geralmente resulta em uma tosse produtiva que expele catarro e muco. Os casos de pneumonia podem variar de leves a fatais e continuam sendo uma importante causa de mortalidade em pessoas muito jovens e muito idosas.
Exercício\(\PageIndex{5}\)
Descreva os sintomas típicos de rinite, sinusite, faringite e laringite.
Pneumonia associada ao tabagismo
Camila é uma estudante de 22 anos que é fumante crônica há 5 anos. Recentemente, ela desenvolveu uma tosse persistente que não respondeu aos tratamentos vendidos sem receita médica. Seu médico pediu uma radiografia de tórax para investigar. Os resultados radiológicos foram consistentes com pneumonia. Além disso, Streptococcus pneumoniae foi isolado do escarro de Camila.
Os fumantes correm maior risco de desenvolver pneumonia do que a população em geral. Foi demonstrado que vários componentes da fumaça do tabaco prejudicam as defesas imunológicas dos pulmões. Esses efeitos incluem interromper a função das células epiteliais ciliadas, inibir a fagocitose e bloquear a ação dos peptídeos antimicrobianos. Juntos, eles levam a uma disfunção do efeito mucociliar da escada rolante. Os organismos presos no muco são, portanto, capazes de colonizar os pulmões e causar infecções, em vez de serem expelidos ou engolidos.
Conceitos principais e resumo
- O trato respiratório é dividido em regiões superior e inferior na epiglote.
- O ar entra no trato respiratório superior pela cavidade nasal e pela boca, que levam à faringe. O trato respiratório inferior se estende da laringe até a traquéia antes de se ramificar para os brônquios, que se dividem ainda mais para formar os bronquíolos, que terminam nos alvéolos, onde ocorrem as trocas gasosas.
- O trato respiratório superior é colonizado por uma microbiota normal extensa e diversa, muitos dos quais são patógenos em potencial. Poucos habitantes microbianos foram encontrados no trato respiratório inferior, e estes podem ser transitórios.
- Membros da microbiota normal podem causar infecções oportunistas, usando uma variedade de estratégias para superar as defesas inatas não específicas (incluindo a escada rolante mucociliar) e as defesas específicas adaptativas do sistema respiratório.
- Vacinas eficazes estão disponíveis para muitos patógenos respiratórios comuns, tanto bacterianos quanto virais.
- A maioria das infecções respiratórias resulta em inflamação dos tecidos infectados; essas condições recebem nomes que terminam em -ite, como rinite, sinusite, otite, faringite e bronquite.
Notas de pé
- 1 J. Kluytmans et al. “Transporte nasal de Staphylococcus aureus: epidemiologia, mecanismos subjacentes e riscos associados.” Clinical Microbiology Reviews 10 no. 3 (1997) :505—520.
- 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)