Trocas gasosas

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Troca GasosaTroca GasosaTroca GasosaTroca Gasosa
DrDrDrDraaaa Carmem Adilia Simões da FonsecaCarmem Adilia Simões da FonsecaCarmem Adilia Simões da FonsecaCarmem Adilia Simões da Fonseca
Outubro 2007Outubro 2007Outubro 2007Outubro 2007
Diagrama esquemático de um alvéolo e de um capilar 
pulmonar próximo
Difusão de Oxigênio e Dióxido de Carbono
através da Membrana Respiratória
Difusão Simples
P = F / A
A pressão é direta/ proporcional à [moléculas de gás]
Ar = 79% N2 + 21% O2
Pressão Total (ao nível do mar) = 760 mmHg = 1 atmosfera
Pressão Parcial N2 = 600 mmHg
Pressão Parcial O2 = 160 mmHg
Lei de Henry
Pressão parcial de um gás dissolvido em um líquido
[gás dissolvido] mL gás/100 mL sangue
Pressão Parcial = 
Coeficiente de solubilidade
mL gás/100 mL sg/mmHg
mmHg
0,0240,024
0,5700,570
0,0180,018
0,0120,012
0,0080,008
OxigênioOxigênio
DiDióóxido de Carbonoxido de Carbono
MonMonóóxido de Carbonoxido de Carbono
NitrogênioNitrogênio
HHééliolio
Coeficiente de solubilidade dos gases respiratórios
CO2:
• Maior solubilidade em água
• 20 X mais solúvel que o O2
• PCO2 é menos de 1/20 da exercida pelo O2
Atmosfera
Pressão de Vapor da Água
Inspiração do ar não-umidificado → evaporação da H2O das 
superfícies das vias respiratórias → umidificação do ar
Pressão parcial que as moléculas de água (PH2O) 
exercem para escapar através da superfície das vias 
aéreas respiratórias.
PH2O = 47 mmHg, à 37oC
Quanto maior a temperatura, maior a atividade cinética das 
moléculas, maior a probabilidade de escape de moléculas de 
água e maior a pressão de vapor da água.
Pressão resultante do gás
A direção da difusão resultante é determinada pela 
diferença entre as pressões parciais do gás na fase 
gasosa (alvéolos) e na fase dissolvida (sangue 
pulmonar).
PO2 é maior na fase gasosa
maior difusão de moléculas para o sangue
PCO2 é maior na fase dissolvida
maior difusão de moléculas para o gás alveolar 
Hematose
Taxa de difusão de gases através dos líquidos
� ≠ de pressão entre as fases gasosa e dissolvida (∆∆∆∆P)
� Solubilidade do gás no líquido (S)
> solubilidade = > difusão
� Peso molecular do gás (PM)
> PM = < difusão
� Área de corte transversal da via de difusão (A)
> área de corte = > no mol. difundidas
� Distância de difusão (d)
> distância = > tempo de difusão
� Temperatura do líquido
* No corpo, este fator permanece constante.
∆∆∆∆P x A x S
D ∝∝∝∝
d x √PM
Coeficiente de difusão do gás nos líquidos
� Solubilidade
� PM
O coeficiente de difusão é proporcional a S√PM;
assim a taxa de difusão relativa do gás é proporcional ao seu
coeficiente de difusão.
1,01,0
20,320,3
0,810,81
0,530,53
0,950,95
OxigênioOxigênio
DiDióóxido de Carbonoxido de Carbono
MonMonóóxido de Carbonoxido de Carbono
NitrogênioNitrogênio
HHééliolio
NOTA: A difusão dos gases nos tecidos é praticamente igual a 
difusão dos gases na água; pois os gases respiratórios são 
altamente solúveis nas membranas celulares. 
Ar Alveolar ≠≠≠≠ Ar Atmosférico
• O ar alveolar é substituído parcial/ pelo ar atmosférico 
em cada respiração
• O O2 é constantemente absorvido pelo sg pulmonar
• O CO2 difunde-se constante/ para os alvéolos
• O ar atmosférico é umidificado antes de atingir os 
alvéolos 
74,5%74,5%
15,7%15,7%
3,6%3,6%
6,2%6,2%
74,9%74,9%
13,6%13,6%
5,3%5,3%
6,2%6,2%
74,09%74,09%
19,67%19,67%
0,04%0,04%
6,20%6,20%
78,62%78,62%
20,84%20,84%
0,04%0,04%
0,50%0,50%
NN22
OO22
COCO22
HH22OO
ArAr
expiradoexpirado
ArAr
alveolaralveolar
ArAr
umidificadoumidificado
ArAr
atmosfatmosfééricorico
PRESSÕESPRESSÕES
PARCIAISPARCIAIS
Valores da PO2 e da PCO2 no ar inspirado seco, no ar úmido da 
traquéia, no ar alveolar e no sangue do capilar pulmonar
Taxa de renovação do ar alveolar
pelo ar atmosférico
• A cada inspiração normal apenas 350 mL de ar novo
• Volume de ar alveolar substituído/respiração = 1 / 7
Expiração de gás de um alvéolo com sucessivas respirações
Mesmo após 16 respirações o gás não foi total/ removido
CRF (VRE + VR) = 2300 mL Inspiração (ar novo) = 350 mL/respiração
2300 / 350 = 0,15 ≈ 1 / 7
Taxa de Ventilação Alveolar
VA = Freq x (Vc – VM)
VA: Volume de ventilação alveolar / min
Freq: Freqüência da respiração / min
Vc: Volume Corrente
VM: Volume do Espaço Morto Fisiológico
VA = 12 x (0,5 – 0,15) = 4,2 L/min
Taxa de remoção de excesso de gás alveolar
Remoção de 50% do gás:
� ventilação alveolar normal = 17 segundos
� ½ ventilação alveolar normal = 34 segundos
� 2 x ventilação alveolar normal ≈ 8 segundos
Importância da substituição lenta do ar alveolar:
� evitar mudanças repentinas nas concentrações 
de gases no sangue
� manter estável o mecanismo de controle 
respiratório
� ajuda evitar aumentos e quedas excessivos na 
oxigenação tecidual, na concentração tecidual de 
dióxido de carbono
� evita modificações no pH tecidual quando a 
respiração é interrompida temporariamente.
[O2] e Pressão parcial nos alvéolos
A [O2] nos alvéolos
e a PO2
são controladas:
-Tx absorção O2 pelo 
sangue
-Tx entrada de novo O2
nos pulmões 
Tx de ventilação normal:
Absorção O2: 250 mL/min
VA: 4,2 L/min
Exercício moderado:
1000 mL O2/min
↑↑↑↑ 4X VA p/ manter a PO2 N 
104 mmHg
OBSERVAÇÃO
A PO2 alveolar não ultrapassa 149 mmHg, 
mesmo com o ↑↑↑↑ ventilação alveolar;
nos casos de ar atmosférico normal ao nível 
do mar.
[CO2] e Pressão parcial nos alvéolos
CO2 formado no corpo e transportado no sangue para os alvéolos, e é
continuamente removido dos alvéolos pela ventilação pulmonar.
Taxa normal de 
excreção de CO2:
200 mL/min
VA normal = 4,2 L/min
PCO2 = 40 mmHg
↑↑↑↑ 4x excreção de CO2:
800 mL/min
↑↑↑↑ VA
A PCO2 alveolar aumenta diretamente na proporção da taxa de 
excreção de dióxido de carbono e cai na proporção inversa da 
ventilação alveolar. 
40 mmHg
AR Expirado
= ar do espaço morto + ar alveolar
Ar 
umidificado
Para a coleta de ar alveolar, basta coletar uma amostra da última 
porção do ar expirado (expiração forçada), pois todo o ar do 
espaço morto já foi removido.
Unidade respiratória
A troca 
gasosa se dá
através das 
membranas 
de todas as 
porções 
terminais dos 
pulmões, não 
apenas nos 
alvéolos.
Todas estas 
membranas 
são 
conhecidas 
coletivamente 
como 
membrana 
respiratória
ou membrana 
pulmonar.
Membrana Respiratória
Visão do corte transversal das paredes alveolares 
e seu suprimento vascular
Ultra-estrutura da membrana respiratória alveolar; corte transversal
Membrana 
Respiratória:
- espessura média 
= 0,6 µµµµm
- área superficial 
total ≈ 70 m2
-quantidade total 
de sangue nos 
capilares 
pulmonares = 60 a 
140 mL
- diâmetro dos 
capilares 
pulmonares = 5 µµµµm
- o surfactante
reduz a tensão 
superficial do 
líquido alveolar 
Difusão Gasosa através da Membrana Respiratória
Fatores que afetam a taxa de difusão gasosa:
� espessura da membrana
A tx difusão é inversa/ proporcional a espessura da membrana 
� área superficial da membrana
> área superficial = > taxa de difusão
� coeficiente de difusão do gás na superfície da memb.
Depende da solubilidade do gás e, inversa/, da √PM do gás
A tx difusão da memb. resp. ≈ tx difusão da água
� diferença de pressão parcial do gás entre os dois 
lados da membrana respiratória
Capacidade de Difusão da Membrana Respiratória
Volume de um gás que se difundirá através da membrana a cada 
minuto para uma diferença de pressão parcial de 1 mmHg
� Capacidade de Difusão do Oxigênio:
• Repouso = 21mL/min/mmHg
A diferença de pressão média do O2 ≈ 11 mmHg
≈ 230 mL/min de difusão de O2 através da membrana
• Exercício = máximo de 65 mL/min/mmHg
Devido a dilatação dos capilares e aumento da área
superficial do sangue. Melhor razão ventilação-perfusão.
� Capacidade de Difusão do Dióxido de Carbono:
PCO2 média no sangue pulmonar não difere muito da PCO2 nos alvéolos, 
devido a rápida difusão do CO2 através da membrana respiratória.
Coeficiente de difusão do CO2 é 20,3 x maior que o coeficiente do O2
• Repouso
400 – 450 mL/min/mmHg
• Exercício
1200 – 1300mL/min/mmHg
Razão Ventilação-Perfusão Alveolar
(VA/Q ou VA /Q ou V/Q ou V/Q)
Conceito quantitativo desenvolvido para ajudar a entender a troca 
respiratória quando há um desequilíbrio entre ventilação alveolar 
(VA) e fluxo sangüíneo alveolar (Q).
Quando VA normal e Q normal ∴∴∴∴ VA/Q normal 
Quando VA zero e Q presente ∴∴∴∴ VA/Q zero 
Quando VA adequada e Q zero ∴∴∴∴ VA/Q infinita 
VA/Q zero ou infinita não há troca gasosa através da 
membrana respiratória do alvéolo afetado 
•••• •••• •••• ••••
Conseqüências dos defeitos da ventilação / perfusão sobre a 
troca gasosa nos pulmões
Quando VA /Q zero
� sem ventilação alveolar
� o ar nos alvéolos entra em equilíbrio com o O2 e 
CO2 no sangue venoso.
� PO2 de 40 mmHg e PCO2 de 45 mmHg nos alvéolos 
Quando VA /Q infinito
� sem fluxo sangüíneo capilar para transportar O2
para fora e trazer o CO2 para os alvéolos
� o ar alveolar ≈ ar inspirado umidificado
� PO2 de 149 mmHg e PCO2 de 0 mmHg nos alvéolos
Diagrama de 
VA/Q
Captação de O2 pelo
capilar pulmonar 
Difusão de CO2 do
sangue pulmonar
para o alvéolo
Alterações da razão ventilação-perfusão
VA/Q abaixo do normal
� ventilação inadequada
� parte do sg venoso não se oxigena (sangue desviado)
� desvio de sg para os vasos brônquicos (2%), ao invés 
de fluirem através dos capilares alveolares
� a quantidade de sg desviado/min = derivação (shunt) 
ou desvio fisiológico
⇒⇒⇒⇒ Quanto maior o desvio fisiológico, maior a quantidade 
de sangue que não consegue ser oxigenada enquanto 
atravessa os pulmões.
A relação anatômica entre a artéria pulmonar, a artéria brônquica, as vias 
aérea e os linfáticos
TB: brônquios terminais RB: brônquios respiratórios A: alvéolos AD: ductos alveolares
VA/Q acima do normal
� ventilação aumentada e a perfusão diminuída
� aumento do espaço morto fisiológico
⇒⇒⇒⇒ Quando o espaço morto fisiológico é extenso, grande 
parte do trabalho da ventilação é esforço desperdiçado 
(“ventilação desperdiçada”), porque muito do ar 
ventilado nunca chega ao sangue. 
DPOC : Enfisema pulmonar
Causa: tabagismo
Conseqüências:
1) Obstrução de pequenos bronquíolos e
sem ventilação alveolar
VA/Q se aproxima de zero
2) Destruição de paredes alveolares e
fluxo sangüíneo inadequado,
↓↓↓↓ area superficial total da memb. resp. -
ocorre a “ventilação desperdiçada”
VA/Q acima do normal
↑↑↑↑ VR ↑↑↑↑ CRF ↑↑↑↑ CPT
Pessoa saudável em posição ereta
- Parte superior dos pulmões
↓↓↓↓ perfusão
VA/Q é 2,5-3,0 > valor ideal ∴∴∴∴ ↑↑↑↑ espaço morto fisiológico 
- Parte inferior dos pulmões
↓↓↓↓ ventilação
VA/Q é 0,6 < valor ideal ∴∴∴∴Existe um desvio fisiológico
As desigualdades de ventilação e perfusão diminuem um pouco a 
efetividade dos pulmões na troca gasosa, entretanto durante o exercício 
aumenta a perfusão da parte superior, diminuindo o espaço morto 
fisiológico e a efetividade da troca gasosa aproxima-se da ideal (0,8).
Pulmão normal: diferenças de VA/Q
Variação do fluxo de sangue (perfusão) nas três zonas dos pulmões
PA: P alveolar Pa: pressão arterial PV: P venosa 
↓↓↓↓ PaCO2 (Hipocapnia)
(Hipoxemia)
““““A vida não A vida não A vida não A vida não éééé medida pelo nmedida pelo nmedida pelo nmedida pelo núúúúmero de respiramero de respiramero de respiramero de respiraçççções que damos,ões que damos,ões que damos,ões que damos,
mas sim pelos momentos que nos fazem prender a respiramas sim pelos momentos que nos fazem prender a respiramas sim pelos momentos que nos fazem prender a respiramas sim pelos momentos que nos fazem prender a respiraççççãoãoãoão””””