A principal função do sistema respiratório é proporcionar o corpo com oxigénio e libertar o corpo de dióxido de carbono. Esta é a respiração, e inclui:
A traquéia, desce da laringe através do pescoço para o mediastino, onde termina no brônquios primários.
Alvéolos são cercados por fibras elásticas e uma extensa rede de capilares. Eles contêm poros alveolares abertas para igualar a pressão e tem os macrófagos alveolares de fagocitar partículas que podem ser utilizadas para os alvéolos.
A membrana respiratória é constituído por uma única camada de epitélio escamoso, células do tipo I, rodeado por uma lâmina basal.
Intercaladas entre as células do tipo I são células cúbicas do tipo II que secretam surfactante.
Os pulmões e das pleuras
Os pulmões ocupar toda a cavidade torácica, excepto para o mediastino; cada pulmão é suspenso dentro da própria cavidade pleural e ligado ao mediastino por vascular e brônquico anexos chamados a raiz pulmonar.
Cada lóbulo contém um número de segmentos broncopulmonares, cada uma delas servida pela sua própria artéria, veia, e brônquio terciário.
Tecido pulmonar consiste em grande parte de espaços de ar, com o equilíbrio do tecido do pulmão, o seu estroma, composta principalmente de tecido conectivo elástico.
Existem duas circulações que servem os pulmões: a rede pulmonar transporta sangue sistémico para os pulmões para a oxigenação, e as artérias brônquicas fornecer sangue sistémico para o tecido pulmonar.
Os pulmões são inervados por fibras motoras parassimpático e simpático que contraem ou dilatam as vias aéreas, bem como fibras sensoriais viscerais.
As pleuras formar uma serosa dupla camada fina.
A pleura parietal cobre a parede torácica, cara superior do diafragma, e continua em torno do coração entre os pulmões.
A pleura visceral cobre a superfície do pulmão externo, seguindo os seus contornos e fissuras.
Mecânica da respiração
Relacionamentos de pressão no cavidade torácica
Intrapulmonar pressão é a pressão nos alvéolos, que sobe e desce durante a respiração, mas sempre eventualmente iguale a pressão atmosférica.
Intrapleural pressão é a pressão no interior da cavidade pleural. Ele também sobe e desce durante a respiração, mas é sempre cerca de 4 mm Hg menor que a pressão intrapulmonar.
Ventilação Pulmonar: Inspiração e Expiração
A ventilação pulmonar é um processo mecânico, causando o fluxo de gás para dentro e para fora dos pulmões de acordo com as mudanças de volume na cavidade torácica.
A lei de Boyle diz que a uma temperatura constante, a pressão de um gás varia inversamente com o seu volume.
P 1 V 1 = P 2 V 2
Durante a inspiração, calmo, o diafragma e intercostais contrato, resultando num aumento do volume torácico, o que faz com que a pressão intrapulmonar caia abaixo da pressão atmosférica, e o ar flui para dentro dos pulmões.
Durante a inspiração forçada, músculos acessórios do pescoço e tórax contrato (escalenos, esternocleidomastóideo, peitoral menor, eretores da coluna), aumentando o volume torácico para além do aumento do volume durante a inspiração calma.
Expiração silencioso é um processo passivo que se baseia principalmente no recolhimento elástico dos pulmões como os músculos torácicos relaxar.
Expiração forçada é um processo ativo contando com contração de intercostais internos e os músculos abdominais (oblíquos e transverso) para aumentar a pressão intra-abdominal e deprimem a caixa torácica.
Para usar a lei de Boyle, como exemplo, se começarmos com um volume pulmonar de 2400 ml – V 1 (a capacidade residual funcional, consulte “Volumes respiratórios” abaixo) e uma pressão intrapulmonar igual à pressão atmosférica (760 mm Hg – P 1 ) e expandir a cavidade torácica tal que o volume de pulmão atinge 2.900 ml (um hálito 500 ml – V 2 ), podemos ver, de acordo com a lei de Boyle, que teríamos um gradiente de pressão de 131mmHg.
Uma vez que o gás flui a partir da zona de maior pressão na área de pressão mais baixa, se a epiglote é aberto, os pulmões inflar – eis, inspiração.
760 mmHg * 2400 ml = P 2 * 2900 ml
(760 mm Hg * 2400 ml) / 2,900 ml = P 2
629 mmHg = P 2
D P
|
= 760 mmHg – 629 mmHg |
D P
|
= 131 mm Hg |
Ele não funciona bem assim – logo que o volume do pulmão começa expandir a pressão começa a cair e o ar começa a fluir (a partir da zona de maior pressão na área de menor pressão) de modo que o diferencial de pressão é realmente apenas cerca de 1 mm Hg até que se iguala quando a inspiração pára.
(Mas nós ainda obter inflação de pulmão.)
Fatores Físicos influenciam Ventilação Pulmonar
Resistência das vias respiratórias é o atrito encontradas por ar nas vias respiratórias, o fluxo de gás é reduzida como das vias de resistência aumenta.
A complacência pulmonar é o grau de variação na pressão transpulmonar é necessária para provocar uma alteração do volume do pulmão.
Compliance reflecte principalmente a distensibilidade do tecido do pulmão e da tensão superficial alveolar, apesar de ser total facilidade de expansão da caixa torácica, tem de ser tida em consideração.
Tensão superficial alveolar devido à água nos atos alvéolos para desenhar as paredes dos alvéolos juntos, apresentando uma força que deve ser superado, a fim de expandir os pulmões.
Distensibilidade do pulmão depende da quantidade de elastina presente e a quantidade de fibrose presente. (É claro que a via aérea obstruída afetará distensibilidade também).
A capacidade de expandir a caixa torácica pode ser afetada por uma série de coisas, incluindo deformidades torácicas, calcificação da cartilagem costal, e interferência com a função do diafragma e / ou músculos intercostais.
Volumes respiratórios e função pulmonar
Volumes respiratórios e combinações específicas de volumes, chamados de capacidades respiratórias, são usados para obter informações sobre o estado respiratório de uma pessoa.
O volume corrente (TV) é a quantidade de ar que entra e sai dos pulmões a cada respiração durante respiração tranqüila.
O volume de reserva inspiratório (IRV) é a quantidade de ar que pode ser forçado para além da inspiração do volume corrente.
O volume de reserva expiratório (VRE) é a quantidade de ar que pode ser evacuado dos pulmões após a expiração das marés.
O volume residual (RV) é a quantidade de ar que permanece nos pulmões após a expiração forçada máxima.
Capacidade inspiratória (CI) é a soma do volume corrente e volume de reserva inspiratório, e representa a quantidade total de ar que pode ser inspirado após uma expiração corrente (IC = TV + IRV).
Capacidade residual funcional (CRF) é o volume residual combinado e volume de reserva expiratório, e representa a quantidade de ar que permanece nos pulmões após uma expiração corrente (FRC = RV + VRE).
Capacidade vital (CV) é a soma do volume corrente, reserva inspiratória e volume de reserva expiratório, e é a quantidade total de ar trocável (VC = TV + IRV + VRE).
Capacidade pulmonar total (CPT = TV + IRV + ERV + RV) é a soma de todos os volumes pulmonares.
O espaço morto anatómica é o volume das condutas da zona condutora, que é um volume que não contribui para a troca gasosa nos pulmões.
Testes de função pulmonar avaliar as perdas em função respiratória utilizando um espirômetro de distinguir entre doenças pulmonares obstrutivas e restritivas.
A CVF, ou capacidade vital forçada, é a capacidade vital medida enquanto força exalar. A FVC deve ser o mesmo que o VC, mas o teste é realizado para recolher dados sobre a taxa de exalação.
A FEV, ou volume expiratório forçado, é a quantidade de ar expelido durante intervalos específicos de tempo do FVC. Em condições normais, o FEV deve ser de 80% da CVF no 1 º segundo.
Doenças obstrutivas, como a bronquite crônica, o aumento da resistência das vias aéreas. Seria provável que assistamos a um aumento da CPT, CRF, e RV devido à hiperinflação do pulmão. A FEV seria inferior a 80% no primeiro segundo da CVF.
Doenças restritivas, a tuberculose ou fibrose causar uma diminuição da capacidade pulmonar total. Não haveria reduções no CV, CPT, CRF, e RV. A FEV seria superior a 80% no 1 º segundo, mas a CVF (como o VC) seria reduzido.
Ventilação alveolar
O MVR (taxa de ventilação minuto), ou a quantidade de entrada de ar e deixando os pulmões em um minuto (RR * TV) realmente não dizer muito sobre ventilação eficaz, isto é, a quantidade de ar realmente disponível para participar de gás troca.
A taxa de ventilação alveolar (AVR) leva em conta o espaço morto – RR * (TV – DSV) – e dá uma melhor medida de ar utilizável.
Movimentos aéreos não respiratórias causar o movimento de ar para dentro ou para fora dos pulmões, mas não estão relacionados com a respiração (tosse, espirros, chorar, rir, soluços, e bocejando).
As trocas gasosas entre o sangue, pulmões e tecidos
Propriedades básicas de Gases
Lei das pressões parciais de Dalton
Lei de Dalton das pressões parciais afirma que a pressão total exercida por uma mistura de gases é a soma das pressões exercidas por cada tipo de gás na mistura, e a pressão exercida por cada um dos gases (a pressão parcial) é proporcional à percentagem desse gás na mistura.
Lei de Henry
A lei de Henry afirma que, quando uma mistura de gases se encontra em contacto com um líquido, cada um dos gases irá dissolver-se no líquido, em proporção à sua pressão parcial. Claro que a solubilidade do gás tem a ver com o quão bem que efectivamente vai (e não há um efeito de temperatura, bem como – os gases são menos solúveis a temperaturas mais elevadas do que as temperaturas mais baixas).
O 2 é de 1/20 como solúvel em líquido como CO 2 e nitrogênio é ainda menos, cerca de 1/40 como solúvel como CO 2 – o que significa muito pouco nitrogênio pode entrar na circulação a pressões normais.
Composição de gás alveolar
A composição do gás alveolar difere significativamente do gás atmosférico, devido a troca gasosa que ocorre nos pulmões, umidificação do ar através da realização de passagens, e mistura de gás alveolar, que ocorre a cada respiração.
Respiração externa: trocas gasosas pulmonares
Respiração externa envolve O 2 e CO absorção 2 de descarga de hemoglobina nas células vermelhas do sangue.
Três fatores influenciam o movimento de gases através da membrana respiratória:
1. Gradientes de pressão parcial e solubilidade do gás
Um gradiente de pressão parcial íngreme (PO 2 alv = 104 mmHg, PO 2 cap = 40 mmHg) existe entre o sangue nas artérias pulmonares e alvéolos, e O 2 difunde-se rapidamente a partir dos alvéolos para o sangue.
O equilíbrio entre alveolar PO 2 e capilar PO 2 é atingido antes que o sangue é de 1/3 do caminho através do capilar.
Movimentos de dióxido de carbono na direção oposta ao longo de um gradiente de pressão parcial, que é muito menos íngreme; PCO 2 cap = 45 mmHg, PCO 2 alv = 40 mmHg.
A diferença no grau de gradientes de pressão parcial de oxigénio e dióxido de carbono reflecte o facto de que o dióxido de carbono é muito mais solúvel do que o oxigénio no sangue.
2. Ventilação-perfusão Coupling
Acoplamento de ventilação-perfusão assegura uma estreita correspondência entre a quantidade de gás que atinge os alvéolos eo fluxo de sangue nos capilares pulmonares.
3. Espessura e área de superfície da membrana respiratória
A membrana respiratória é normalmente muito fina, e apresenta uma área de superfície grande para a troca gasosa eficiente.
Respiração interna: Capilar Gás de câmbio nos tecidos do corpo
Os gradientes de difusão para o oxigênio e dióxido de carbono são revertidas daqueles para respiração externa e trocas gasosas pulmonares.
A pressão parcial do oxigénio nos tecidos é sempre menor do que o sangue, de forma oxigénio difunde-se facilmente para os tecidos, enquanto um gradiente semelhante, mas menos dramática existe na direcção inversa para o dióxido de carbono.
Transporte de Gases respiratórios pelo sangue
Transporte de oxigênio
Uma vez que o oxigénio molecular é fracamente solúvel no sangue, apenas 1,5% é dissolvido no plasma, enquanto que o restante 98,5% tem de ser realizada em hemoglobina.
Associação de oxigênio e hemoglobina
Até quatro moléculas de oxigénio pode ser reversivelmente ligado a uma molécula de hemoglobina, um átomo de oxigénio em cada ferro.
Oxihemoglobina está escrito HbO 2 , deoxihemoglobina, ou hemoglobina reduzida, está escrito HHb. A oxigenação de hemoglobina ocorre nos pulmões e descarga de oxigénio ocorre nos tecidos.
HHb + O 2
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Pulmões
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HbO 2 + H +
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Tecidos
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A hemoglobina tem uma estrutura de “alta afinidade”, em que o oxigênio está ligado com força, e uma estrutura de “baixa afinidade” que liga o oxigênio menos força e libera-lo mais facilmente.
A afinidade da hemoglobina pelo oxigênio aumenta com cada oxigênio sucessivo que é amarrado e diminui a cada oxigênio liberado, tornando o carregamento e descarregamento de oxigênio muito eficiente.
A pressões parciais de plasma mais elevados de oxigénio, a hemoglobina descarrega pouco oxigénio, mas, se a pressão parcial de plasma cai drasticamente, ou seja, durante o exercício vigoroso, muito mais oxigénio podem ser descarregados para os tecidos.
Temperatura, pH sanguíneo, PCO 2 , ea quantidade de BPG no sangue toda a influência da saturação de hemoglobina com uma determinada pressão parcial.
Influência da PO 2 em Hemoglobina saturação
O PO 2 gradiente necessário para descarregar um oxigênio de totalmente saturado HbO 2 é 60 mm Hg.
O PO 2 inclinação necessária para descarregar um átomo de oxigénio a partir parcialmente saturado HbO 2 é substancialmente menor, e diminui com cada sucessiva de oxigénio removido.
Influência de outros fatores na hemoglobina Saturação
Temperatura: o aumento da temperatura, um sub-produto de um aumento da actividade metabólica, empurra Hb de sua estrutura de alta afinidade para a sua estrutura de baixa afinidade, a partir da qual descarrega oxigénio mais facilmente.
O aumento da temperatura também aumenta a taxa metabólica de hemácias, aumentando a produção de PGB, o que também facilita a descarga de oxigénio a partir de HbO 2 .
pH: pH mais baixo (o aumento de H + de concentração) favorece a descarga de oxigénio a partir de HbO 2 porque H + ião de ligação à proteína porção de Hb estabiliza a estrutura baixa afinidade da Hb.
A saturação de oxigênio da HBO 2 inibe a H + íons ligação a Hb, mas tecidos metabolicamente ativos gerar suficientes H + íons para superar a inibição.
Como H + íons ligam-se a Hb, a afinidade para O 2 diminui, como O 2 é liberado da Hb, H + íons podem mais facilmente se ligam, o que facilita ainda mais a liberação de O 2 .
Nos pulmões aumentou PO 2 favorece a ligação oxigénio HHb, que acciona H + iões fora de Hb e em solução e aumenta a afinidade da Hb para O 2 , a saturação de oxigénio completa de HbO 2 realizada nos pulmões estabiliza a estrutura de alta afinidade da Hb .
Esta interacção, o que facilita a descarga de oxigénio onde é necessário e de carregamento de oxigénio onde é abundante, é conhecido como o efeito de Bohr .
PCO 2 : Aumento PCO sangue 2 , o resultado da atividade metabólica dos tecidos, diminui a afinidade da Hb para o oxigênio e facilita a descarga de oxigênio. Os mecanismos de interacção serão discutidas no contexto de CO 2 transporte no sangue.
BPG: Um subproduto da glicólise nas hemácias, BPG liga-se a Hb e estabiliza a estrutura baixa afinidade.
A Hemoglobina- Óxido Nítrico Parceria em Gás de câmbio
O óxido nítrico (NO), secretado pelo pulmão e nas células endoteliais vasculares, é realizada em hemoglobina para os tecidos, onde ela provoca vasodilatação e melhora a transferência de oxigénio para os tecidos.
Transporte de Dióxido de Carbono
O dióxido de carbono é transportado no sangue de três maneiras: 7-10% é dissolvido no plasma, 20% é levada a hemoglobina ligada a globinas, e 70% existe como bicarbonato, um tampão importante de pH do sangue.
O efeito Haldane incentiva CO 2 troca nos pulmões e tecidos: quando plasma pressão parcial de oxigênio e saturação de oxigênio da hemoglobina diminuição, mais CO 2 pode ser transportado no sangue. Isto é devido ao aumento da capacidade da Hb para aglutinação de CO 2 directamente, formando carbaminohemoglogin (HbCO 2 ).
À medida que mais CO 2 é liberado para o sangue, mais ácido carbônico é formado, o ácido carbônico se dissocia em H + e HCO 3 – íons, o H + íons ligam-se a Hb, reduzindo-o (HHb) e estabilizar a estrutura baixa afinidade da Hb ( o efeito de Bohr ).
Quando Hb é reduzida (HHB) torna-se mais fácil para o CO 2 para se ligarem a subunidades peptídicas, formando carbaminohemoglobin, que estabiliza ainda mais a estrutura baixa afinidade da Hb.
Este processo inverte nos pulmões, onde CO 2 move do sangue para os alvéolos. Ao mesmo tempo H + combina com HCO 3 – no sangue para formar H 2 CO 3 , que se dissocia para e água. Isto deixa a estrutura baixa afinidade da Hb menos estável. Os alta S 2 níveis favorecer saturação de Hb e ajuda a unidade H + e CO 2 fora, levando a Hb de saturação e um interruptor de forma a estrutura de alta afinidade.
O sistema tampão ácido carbónico de bicarbonato do sangue é formado quando o CO 2 combina-se com água e dissocia-se, produzindo ácidos e bicarbonato de iões carbónica que pode libertar ou absorver os iões de hidrogénio.
O controlo da respiração
Mecanismos neurais e geração de Respirar Rhythm
O bolbo raquidiano ventral contém o grupo respiratória, ou centro inspiratório, com neurónios que actuam como o grupo pacesetting respiratória (inspiratório e expiratório, influenciam-se mutuamente), e o grupo respiratório dorsal, que funciona principalmente como um centro integrador para entradas de estiramento periférico e quimiorreceptores.
VRG = center inspiratória; neurônios inspiratória fogo e estimular o diafragma e os músculos intercostais externos para expandir a cavidade torácica.Neurônios expiratórios no fogo VRG e inibem a saída dos neurônios inspiratórios, inspiração e expiração pára ocorre passivamente – musculatura inspiratória relaxar e recuo das fibras de elastina diminuem o volume pulmonar (aumento da pressão intrapulmonar e forçando o ar para fora dos pulmões).
DRG = integração do input sensorial periférica (trecho e quimiorreceptores), modifica o ritmo gerado pela VRG, enviando as informações junto ao VRG.
Os centros respiratórios pontinas dentro da ponte modificar o ritmo respiratório, transições suaves entre inspiração e expiração, e evitar a pressão excessiva dos pulmões através de uma ação inibitória sobre os centros respiratórios medulares. Os centros respiratórios pontinas receber entrada de centros cerebrais superiores, bem como os receptores sensoriais periféricos.
É provável que a inibição recíproca por parte dos diferentes centros respiratórios é responsável pelo ritmo de respiração. Em outras palavras, não há provavelmente dois conjuntos de neurónios “pacemaker” que inibem o outro de uma forma cíclica, que lhes permite gerar o ritmo.
Fatores que influenciam a respiração freqüência e profundidade
Os fatores mais importantes que influenciam a taxa de respiração e profundidade estão mudando os níveis de CO 2 , O 2 e H + no sangue arterial.
As flutuações de monitoramento receptores nestes parâmetros são os quimiorreceptores centrais no bulbo, e os quimiorreceptores periféricos no arco aórtico e carótida artérias.
Aumentos na arteriais PCO 2 CO causa 2 níveis a subir no líquido cefalorraquidiano, resultando em estimulação dos quimiorreceptores centrais e, finalmente, levando a um aumento na taxa e profundidade da respiração.
Gotas substanciais na arterial PO 2 são necessárias para causar alterações na taxa de respiração e profundidade, devido às grandes reservas de O 2transportadas na hemoglobina.
Como H + acumula no plasma, a taxa e a profundidade de respiração aumento na tentativa de eliminar o ácido carbónico a partir do sangue por meio da perda de CO 2 nos pulmões.
Centros cerebrais superiores alterar taxa e profundidade da respiração.
O sistema límbico, emoções fortes, e dor activar o hipotálamo, que modifica a frequência respiratória e profundidade.
O córtex cerebral pode exercer controle voluntário sobre a respiração, ignorando os centros medulares e estimular diretamente os músculos respiratórios.
Reflexos irritantes pulmonares resposta à inalação de substâncias irritantes nas passagens nasais ou traqueia, fazendo com que a broncoconstrição reflexiva nas vias aéreas respiratórias.
A inflação, ou Hering-Breuer, reflexo é ativado por receptores de estiramento no pleuras visceral e realização de vias aéreas, protegendo os pulmões de expansão excessiva inibindo inspiração.
Locais quimiorreceptores periféricos
Ajustes respiratórios
Ajustes durante o Exercício
Durante o exercício vigoroso, respirações profundas e mais vigorosas, chamados hiperpnéia, garantir o cumprimento de exigências de tecido para oxigênio.
Três factores neurais contribuir para a mudança de respiração: estímulos psíquicos, a estimulação cortical dos músculos esqueléticos e centros respiratórios, e os impulsos de excitação para as áreas respiratórias de músculos activos, tendões e articulações.
Ajustes em alta altitude
Doença aguda montanha (AMS) pode resultar de uma transição rápida do nível do mar a altitudes acima de 8.000 pés.
A mudança de longo prazo a partir do nível do mar para resultados grandes altitudes em aclimatação do corpo, incluindo um aumento da taxa de ventilação, menor do que a saturação da hemoglobina normal, e aumento da produção de eritropoietina.
Desequilíbrios homeostáticos do Sistema Respiratório
Doenças pulmonares obstrutivas crônicas (DPOC) são vistos em pacientes que têm uma história de tabagismo, e resultar em dispnéia progressiva, tosse e infecções pulmonares frequentes, e insuficiência respiratória.
Enfisema obstrutiva é caracterizada por alvéolos ampliado permanentemente ea deterioração das paredes alveolares, colapso dos bronquíolos durante a expiração (aumento da resistência e aprisionamento aéreo), e danos capilares pulmonares, causando aumento da resistência e levando à insuficiência cardíaca congestiva lado direito.
Bronquite crónica resulta na produção excessiva de muco, bem como inflamação e fibrose da mucosa respiratória inferior.
A asma é caracterizada por tosse, dispnéia, chiado e aperto no peito, causada por inflamação ativa das vias aéreas.
A tuberculose (TB) é uma doença infecciosa causada pela bactéria Mycobacterium tuberculosis e se espalhar pela tosse e por inalação.
Câncer de Pulmão
Em ambos os sexos, o câncer de pulmão é o tipo mais comum de tumor maligno, e está fortemente correlacionada com o tabagismo.
Carcinoma de células escamosas surge no epitélio dos brônquios, e tende a massas de formulário que escava e sangram.
Adenocarcinoma é originária de áreas pulmonares periféricos como nódulos que se desenvolvem a partir de glândulas brônquicas e células alveolares.
Carcinoma de pequenas células contém células de linfócitos do tipo que formam grupos dentro do mediastino e rapidamente metástase.
Aspectos do desenvolvimento do Sistema Respiratório
Na quarta semana de desenvolvimento, os placódios olfativas estão presentes e dão origem a buracos olfativos que formam as cavidades nasais.
A cavidade nasal estende-se posteriormente para participar do intestino anterior, o que dá origem a uma outpocketing que se torna a mucosa da faringe.
Pela oitava semana de desenvolvimento, mesoderme forma as paredes das passagens respiratórias e estroma dos pulmões.
Como um feto, os pulmões estão cheios de líquido, e shunts vasculares estão presentes que desviar o sangue para fora dos pulmões, no momento do nascimento, os drenos de fluido de distância, e subindo PCO plasma 2 estimula centros respiratórios.
A freqüência respiratória é maior em recém-nascidos, e declina gradualmente até a idade adulta, na velhice, aumentos da taxa respiratória novamente.
À medida que envelhecemos, a parede torácica torna-se mais rígida, os pulmões perdem a elasticidade, ea quantidade de oxigênio que pode usar durante a respiração aeróbia diminui.
O número de glândulas mucosas e o fluxo de sangue na mucosa nasal declínio com a idade, assim como a acção ciliar da mucosa, e a actividade dos macrófagos.