T_gases

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15/05/13	
  
1	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Troca	
  de	
  Gases	
  e	
  
Equilíbrio	
  Ácido-­‐base	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Troca	
  de	
  Gases	
  e	
  
Equilíbrio	
  Ácido-­‐base	
  
•  Bibliografia	
  
•  Purves,	
  Life,	
  the	
  science	
  of	
  Biology,	
  (7ª	
  Ed),	
  Cap.	
  48	
  
•  Silverthorn,	
  Human	
  Physiology,	
  (3ª	
  Ed),	
  	
  Cap.	
  18	
  
•  Seeley,	
  Anatomia	
  &	
  Fisiologia,	
  (5ª	
  Ed),	
  Cap	
  23	
  
15/05/13	
  
2	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Funções	
  do	
  aparelho	
  respiratório	
  
•  Trocas	
  de	
  gases	
  (hematose)	
  
•  CO2	
  e	
  O2	
  
•  Controlo	
  do	
  pH	
  do	
  sangue	
  
•  Controlo	
  dos	
  níveis	
  de	
  CO2	
  no	
  plasma	
  
•  Emissão	
  de	
  sons	
  (fonação)	
  
•  O	
  ar	
  que	
  atravessa	
  as	
  cordas	
  vocais	
  é	
  essencial	
  para	
  a	
  produção	
  
de	
  sons	
  
•  Proteção	
  
•  O	
  aparelho	
  respiratório	
  protege	
  o	
  corpo	
  de	
  microrganismos,	
  
dificultando	
  a	
  sua	
  entrada	
  e	
  expulsando-­‐os	
  das	
  vias	
  
respiratórias	
  
-
33222 HCOHCOHOHCO +⇔⇔+
+
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Respiração	
  
•  Respiração	
  interna	
  
•  Respiração	
  celular	
  (produzir	
  ATP)	
  
•  Respiração	
  externa	
  
•  Troca	
  de	
  gases	
  entre	
  o	
  meio	
  externo	
  e	
  as	
  células	
  
•  Ven_lação	
  
•  Troca	
  de	
  gases	
  entre	
  os	
  pulmões	
  e	
  a	
  atmosfera	
  
•  Inspiração	
  e	
  expiração	
  
•  Troca	
  de	
  O2	
  e	
  CO2	
  entre	
  o	
  ar	
  alveolar	
  e	
  o	
  sangue	
  
•  Transporte	
  do	
  O2	
  e	
  CO2	
  pelo	
  sangue	
  
•  Troca	
  de	
  gases	
  entre	
  o	
  sangue	
  e	
  as	
  células	
  
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3	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Respiração	
  externa	
  
	
   	
  Animais	
  aquá_cos	
  vs.	
  Animais	
  terrestres	
  
•  É	
  mais	
  fácil	
  obter	
  O2	
  a	
  par_r	
  do	
  ar	
  do	
  que	
  da	
  água:	
  
•  O	
  conteúdo	
  em	
  O2	
  do	
  ar	
  é	
  20x	
  maior	
  do	
  que	
  o	
  da	
  água;	
  
•  	
  A	
  difusão	
  do	
  O2	
  é	
  8	
  000x	
  mais	
  rápida	
  no	
  ar	
  do	
  que	
  na	
  água;	
  
•  O	
  ar	
  é	
  menos	
  denso	
  e	
  viscoso	
  do	
  que	
  a	
  água;	
  
•  Animais	
  aquá_cos	
  despendem	
  mais	
  energia	
  para	
  obter	
  O2.	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Respiração	
  em	
  meio	
  aquá_co	
  
•  O2	
  difunde	
  lentamente	
  
em	
  meios	
  aquosos:	
  
•  O2	
  tem	
  de	
  ser	
  levado	
  
muito	
  junto	
  das	
  células.	
  
•  Organismos	
  com:	
  
•  tamanho	
  limitado,	
  
•  corpos	
  achatados	
  
•  cavidade	
  central	
  
•  aparelho	
  respiratório	
  e	
  
circulatório.	
  
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4	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Respiração	
  de	
  animais	
  aquá_cos	
  
•  A	
   maioria	
   dos	
   animais	
   que	
  
respiram	
   dentro	
   de	
   água	
   são	
  
ectotérmicos	
  
•  possuem	
  temperatura	
  corporal	
  
semelhante	
  ao	
  meio	
  
•  ↑	
  temperatura	
  ambiente	
  →	
  
↑	
  metabolismo	
  do	
  animal	
  
→↑	
  das	
  necessidades	
  de	
  O2	
  
•  Contudo,	
   água	
   quente	
   possui	
  
menos	
   O2	
   dissolvido	
   do	
   que	
  
água	
  fria	
  
•  As s im ,	
   ma i s	
   ene rg i a	
   é	
  
dispendida	
  para	
  obter	
  O2	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Difusão	
  
•  A	
  difusão	
  é	
  o	
  único	
  mecanismo	
  pelo	
  qual	
  pode	
  
ocorrer	
  as	
  troca	
  destes	
  gases.	
  
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5	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Lei	
  de	
  Fick	
  
•  Todas	
   as	
   adaptações	
   que	
   visam	
   melhoras	
   as	
   trocas	
  
gasosas	
   influenciam	
   um	
   ou	
   vários	
   componentes	
   da	
  
equação	
  
•  Q	
  –	
  Taxa	
  de	
  difusão	
  de	
  um	
  gás	
  
•  D	
  -­‐	
  Coeficiente	
  de	
  difusão	
  do	
  gás	
  
•  Substância,	
  meio,	
  temperatura	
  
•  A	
  –	
  Área	
  da	
  superocie	
  onde	
  ocorre	
  as	
  difusão	
  gasosa	
  
•  P1	
  e	
  P2	
  –	
  Pressões	
  parciais	
  do	
  gás	
  dos	
  dois	
  lados	
  da	
  membrana	
  
•  L	
  –	
  distância	
  entre	
  os	
  dois	
  locais	
  
L
PPDAQ 21 −=
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Como	
  melhorar	
  as	
  trocas	
  gasosas?	
  
•  D	
  (Coeficiente	
  de	
  difusão	
  de	
  um	
  gás)	
  
•  U_lizando	
  ar,	
  em	
  vez	
  de	
  água,	
  como	
  meio	
  onde	
  realizam	
  as	
  trocas	
  
gasosas	
  
L
PPDAQ 21 −=
Meio	
   Temperatura	
  	
  
(oC)	
  
Coeficiente	
  de	
  difusão	
  do	
  O2	
  
(cm2/s)	
  
Água	
  
20	
   0,0000197	
  
60	
   0,000482	
  
Ar	
  
20	
   0,214	
  
60	
   0,278	
  
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6	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Como	
  melhoras	
  as	
  trocas	
  gasosas?	
  
•  P1-­‐P2	
  (Pressões	
  parciais	
  do	
  gás	
  dos	
  dois	
  lados	
  da	
  membrana)	
  
•  Aumentando	
  o	
  gradiente	
  de	
  pressão	
  entre	
  os	
  dois	
  lados	
  da	
  membrana	
  
•  Ven_lação	
  
•  Renovação	
  do	
  ar	
  de	
  um	
  lado	
  da	
  membrana	
  
•  ↑PO2	
  e	
  ↓PCO2	
  
•  Circulação	
  
•  ↓PO2	
  e	
  ↑PCO2	
  
•  L	
  –	
  distância	
  entre	
  os	
  dois	
  locais	
  
L
PPDAQ 21 −=
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Como	
  melhorar	
  as	
  trocas	
  gasosas?	
  
•  A	
  (Área	
  da	
  superocie	
  onde	
  ocorre	
  as	
  difusão	
  gasosa)	
  
•  aumentando	
  a	
  superocie	
  onde	
  se	
  dão	
  as	
  trocas	
  gasosas	
  
•  Adaptações	
  anatómicas	
  com	
  o	
  objec_vo	
  de	
  maximizar	
  a	
  superocie	
  
através	
  da	
  qual	
  ocorrem	
  as	
  trocas	
  gasosas	
  
•  Guelras;	
  
•  Pulmões;	
  
•  Traqueia.	
  
L
PPDAQ 21 −=
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7	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Locais	
  onde	
  ocorrem	
  as	
  trocas	
  gasosas	
  
•  Guelras	
  externas	
  
•  Anobios	
  e	
  insectos	
  aquá_cos	
  
•  Extensões	
  altamente	
  ramificadas	
  e	
  
finas	
  (↑A	
  e	
  ↓L)	
  
•  Guelras	
  internas	
  
•  Moluscos,	
  artrópodes	
  e	
  peixes	
  
•  Proteger	
  as	
  guelras	
  
•  Pulmões	
  
•  Ramificados	
  (↑A)	
  
•  Traqueia	
  
•  Artrópodes	
  terrestres	
  
•  Conjunto	
  de	
  tubos	
  ramificados	
  ao	
  
longo	
  de	
  todo	
  o	
  corpo	
  (↑A)	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistemas	
  respiratórios	
  dos	
  insectos	
  
•  Sistema	
  traqueal	
  
•  As	
  traqueias	
  iniciam-­‐se	
  em	
  aberturas	
  
denominadas	
  espiráculos.	
  
•  Um	
   sistema	
   traqueal	
   ramificado	
  
distribui	
  o	
  ar	
  a	
  todas	
  as	
  células.	
  
•  Uma	
   vez	
   que	
   o	
   O2	
   difunde	
   mais	
  
rapidamente	
   no	
   ar	
   do	
   que	
   na	
   água,	
  
este	
  sistema	
  assegura	
  um	
  abundante	
  
fornecimento	
   de	
  O2	
   para	
   o	
  metabo-­‐
lismo	
  celular.	
  
•  Contudo,	
   o	
   pequeno	
   diâmetro	
   e	
  
comprimento	
   destas	
   vias	
   limita	
   o	
  
tamanho	
  do	
  corpo.	
  
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8	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistemas	
  respiratórios	
  dos	
  insectos	
  
•  Alguns	
   insectos	
   que	
   permanecem	
   submersospor	
   longos	
  
períodos	
  de	
  tempo	
  transportam	
  uma	
  bolha	
  de	
  ar	
  com	
  eles.	
  
•  O	
  que	
  acontece	
  quando	
  os	
  níveis	
  de	
  O2	
  
baixam	
  no	
  interior	
  da	
  bolha?	
  
•  	
   Ocorre	
   difusão	
   de	
   O2	
   da	
   água	
   para	
   a	
   bolha,	
  
permi_ndo	
  mergulhos	
  muito	
  longos	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  dos	
  peixes	
  
•  As	
  brânquias,	
  ou	
  guelras,	
  encontram-­‐se	
  em	
  
contacto	
  directo	
  com	
  a	
  água.	
  
•  São,	
  na	
  maioria	
  dos	
  animais,	
   internas	
  pois	
  
facilitam	
   a	
   locomoção	
   e	
   estão	
   mais	
  
protegidas.	
  
•  Cada	
   brânquia	
   é	
   formada	
   por	
   um	
   arco	
  
branquial	
   (car_lagíneo	
   ou	
   ósseo)	
   que	
  
sustenta	
   os	
   filamentos	
   branquiais.	
   Cada	
  
filamento	
  possui	
  duas	
  arteríolas,	
  aferente	
  e	
  
eferente,	
   ligadas	
   por	
   uma	
   rede	
   de	
  
capilares.	
  
•  Nos	
  peixes,	
   a	
   água	
   entra	
   através	
   da	
  boca,	
  
passa	
   pelas	
   guelras	
   e	
   sai	
   pelas	
   fendas	
  
operculares.	
  
•  Alguns	
   peixes	
   (tubarões	
   e	
   atuns)	
   nadam	
  
constantemente	
   com	
   a	
   boca	
   aberta	
   para	
  
ven_larem	
  as	
  guelras.	
  
•  A	
   maior ia	
   u_l iza	
   um	
   s istema	
   de	
  
bombeamento,	
   através	
   da	
   abertura	
   e	
  
fecho	
   da	
   boca,	
   para	
   fazer	
   movimentar	
   a	
  
água	
  através	
  das	
  guelras.	
  
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9	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  dos	
  peixes	
  
•  O	
  constante	
  fluxo	
  de	
  água	
  através	
  
das	
   guelras	
   maximiza	
   a	
   PO2	
   na	
  
superocie	
  externa	
  
•  A	
   corrente	
   sanguínea,	
   do	
   lado	
  
interno,	
  minimiza	
  a	
  PO2	
  através	
  da	
  
remoção	
  rápida	
  do	
  O2	
  (P1-­‐P2)	
  
•  As	
  guelras	
  maximizam	
  a	
  superocie	
  
onde	
  ocorre	
  as	
  trocas	
  gasosas	
  (A).	
  
•  Cada	
   guelra	
   possui	
   centenas	
   de	
  
subunidades	
  designadas	
  lamelas.	
  
•  A	
   fina	
   estrutura	
   das	
   lamelas	
  
minimiza	
   a	
   distância	
   percorrida	
  
pelos	
  gases	
  (L).	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  dos	
  peixes	
  
•  A	
  água	
  que	
  entra	
  pela	
  boca	
  
passa	
   nas	
   lamelas	
   em	
  
sen_do	
   contrário	
   ao	
   do	
  
sangue	
   que	
   circula	
   no	
  
capilares.	
  
•  E s t e 	
   s i s t e m a 	
   d e	
  
contracorrente	
   op_miza	
   o	
  
gradiente	
  PO2	
   (P1-­‐P2)	
  entre	
  
a	
  água	
  e	
  o	
  sangue,	
  tornando	
  
as	
  trocas	
  mais	
  eficazes.	
  
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10	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  nas	
  aves	
  
•  As	
  aves	
  possuem	
  um	
  metabolismo	
  
muito	
  elevado	
  
•  Podem	
  voar	
  a	
  al_tudes	
  elevadas	
  	
  
•  PO2	
  é	
  mais	
  baixa	
  
•  Apresentam:	
  
•  uma	
  grande	
  superocie	
  respiratória	
  (A)	
  
•  uma	
  eficiente	
  ven_lação	
  pulmonar.	
  
•  fluxo	
  de	
  ar	
  no	
  pulmões	
  unidirecional	
  
•  possuem	
  sacos	
  aéreos,	
  localizados	
  por	
  todo	
  o	
  
corpo.	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  nas	
  aves	
  
•  O	
  sistema	
  respiratório:	
  
•  Traqueia	
  
•  Brônquios	
  
•  Sacos	
  aéreos	
  
•  Parabônquios-­‐	
  
•  Capilares	
  aéreos	
  
•  onde	
  ocorre	
  a	
  hematose	
  
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11	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistema	
  respiratório	
  em	
  mamíferos	
  
15/05/13	
  
12	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Porção	
  condutora	
  
Bronquíolos	
  
Traqueia	
  
Anel	
  car_laginoso	
  
Laringe	
  
Brônquios	
  
secundários	
  
Brônquios	
  
Alvéolos	
  
•  Cons_tuição	
  
•  Traqueia	
  
•  2	
  brônquios	
  principais	
  
•  Ramificam-­‐se	
  mais	
  de	
  22	
  x	
  até	
  
terminarem	
  	
  nos	
  bronquíolos	
  
terminais	
  
•  Funções	
  
•  Conduzir	
  o	
  ar	
  para	
  os	
  alvéolos	
  
•  Aquecer	
  e	
  humedecer	
  o	
  ar	
  
•  Filtrar	
  e	
  limpar	
  o	
  ar	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Epitélio	
  respiratório	
  ciliado	
  
Figure	
  17-­‐5	
  
Cílios	
  movem	
  o	
  muco	
  para	
  a	
  faringe	
  
Cílios	
  
Células	
  calciformes	
  
secretam	
  muco	
  
Núcleo	
  das	
  
células	
  
epiteliais	
  
Membrana	
  	
  
Basal	
  
ParMculas	
  de	
  pó	
  
A	
  camada	
  de	
  muco	
  aprisiona	
  
as	
  parMculas	
  de	
  pó	
  
Camada	
  aquosa	
  permite	
  
que	
  os	
  cílios	
  movam	
  o	
  
muco	
  em	
  direcção	
  à	
  
faringe.	
  
15/05/13	
  
13	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Ramificação	
  das	
  vias	
  respiratórias	
  
Figure	
  17-­‐4	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Porção	
  Respiratória	
  
•  Cons_tuição	
  
•  Bronquíolos	
  terminais	
  
•  Bronquíolos	
  respiratórios	
  
•  Canais	
  alveolares	
  
•  Sacos	
  alveolares	
  
•  Alvéolos	
  
•  300-­‐600x106	
  
•  Funções	
  
•  Trocas	
  gasosas	
  
15/05/13	
  
14	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Fibras	
  elásUcas	
  Capilar	
  
Macrófago	
  
Célula	
  endotelial	
  
do	
  capilar	
  
Fluido	
  intersUcial	
  
Membrana	
  
basal	
  
Ar	
  alveolar	
  
Plasma	
  
Epitélio	
  	
  
alveolar	
  
0,1-­‐	
  
1,5	
  
µm	
  
Surfactante	
  
Endotélio	
  
(a) Estrutura do alvéolo (b) Membrana respiratória 
Pneumócito	
  Upo	
  I	
  
Pneumócito	
  Upo	
  II	
  
GV	
  
Capilar	
  
Alvéolo	
  
Estrutura	
  dos	
  alvéolos	
  e	
  da	
  membrana	
  
respiratória	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Ven_lação	
  
•  Processo	
  pelo	
  qual	
  o	
  ar	
  se	
  movimenta	
  para	
  dentro	
  e	
  
para	
  fora	
  dos	
  pulmões	
  
•  O	
  que	
  é	
  necessário	
  para	
  que	
  ocorra	
  entrada	
  de	
  ar	
  
para	
  os	
  pulmões?	
  
•  Diferenças	
  de	
  pressão	
  entre	
  os	
  dois	
  compar_mentos	
  
•  O	
  que	
  faz	
  variar	
  a	
  pressão	
  no	
  interior	
  dos	
  pulmões?	
  
•  Alteração	
  do	
  volume	
  
R
PPF 21 −=
F-­‐	
  fluxo	
  de	
  ar	
  num	
  tubo	
  (ml/min)	
  
P1	
  e	
  P2	
  Pressão	
  nos	
  dois	
  pontos	
  
R-­‐	
  resistência	
  ao	
  fluxo	
  de	
  ar	
  
	
  
15/05/13	
  
15	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Inspiração	
  
•  Volume	
  torácico	
  aumenta	
  
•  Contracção	
  dos	
  músculos	
  respiratórios	
  
•  Diafragma	
  
•  Músculos	
  intercostais	
  externos	
  
•  Escalenos	
  
•  Pequeno	
  peitoral	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Inspiração	
  
15/05/13	
  
16	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Alteração	
  do	
  volume	
  dos	
  pulmões	
  na	
  
inspiração	
  
	
  
Expiração	
   Inspiração	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Como	
  é	
  que	
  o	
  aumento	
  do	
  volume	
  da	
  caixa	
  
torácica	
  aumenta	
  o	
  volume	
  intra-­‐pulmonar?	
  
	
  
•  Pleura	
  
•  Cons_tuição	
  
•  Pleura	
  parietal	
  
•  Pleura	
  visceral	
  
•  Fluído	
  pleural•  Funções	
  
•  Lubrificante	
  
•  Manutenção	
  das	
  membranas	
  
	
  	
  	
  	
  	
  pleurais	
  juntas	
  
15/05/13	
  
17	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Ven_lação	
  pulmonar	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Propriedades	
  osicas	
  dos	
  pulmões	
  
•  Distensibilidade	
  pulmonar	
  (compliance)	
  
•  Facilidade	
  com	
  que	
  os	
  pulmões	
  se	
  expandem	
  
•  Quanto	
   maior	
   a	
   compliance	
   maior	
   a	
   facilidade	
   com	
   que	
  
qualquer	
  alteração	
  na	
  pressão	
  provoca	
  a	
  expansão	
  dos	
  pulmões	
  
•  Fibrose	
  pulmonar	
  
•  Elas_cidade	
  
•  Capacidade	
  de	
  retornar	
  ao	
  seu	
  tamanho	
  inicial	
  
•  Enfisema	
  pulmonar	
  
•  Tensão	
  superficial	
  
•  Tensão	
   criada	
   pela	
   fina	
   camada	
   de	
   liquido	
   que	
   reveste	
  
internamente	
  os	
  alvéolos	
  
•  Pontes	
  de	
  hidrogénio	
  entre	
  moléculas	
  de	
  água	
  
•  Diminui	
  a	
  distensibilidade	
  
15/05/13	
  
18	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Lei	
  de	
  Laplace	
  	
  
A	
  pressão	
  criada	
  (P)	
  pela	
  	
  
tensão	
  superficial	
  (T)	
  é:	
  
	
  
• 	
  directamente	
  proporcional	
  à	
  tensão	
  
superficial	
  (T)	
  
• 	
   inversamente	
   proporcional	
   ao	
   raio	
  
(r)	
  do	
  alvéolo	
  pulmonar	
  
P	
  é	
  maior	
  nos	
  alvéolos	
  pequenos,	
  
o	
  que	
  levaria	
  ao	
  seu	
  colapso,	
  na	
  
ausência	
  de	
  surfactante	
  (fosfa_dilcolina,	
  	
  
fosfa_dilglicerol	
  e	
  proteínas)	
  
	
  
O	
  surfactante	
  reduz	
  a	
  tensão	
  superficial	
  entre	
  	
  
As	
  moléculas	
  de	
  água,	
  de	
  modo	
  a	
  evitar	
  o	
  colapso	
  dos	
  	
  
pequenos	
  alvéolos	
  durante	
  expiração.	
  	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
SURFACTANTE	
  PULMONAR	
  
(“Surface	
  ac_ve	
  agent”)	
  
	
  
15/05/13	
  
19	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Volumes	
  e	
  Capacidades	
  Pulmonares	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Ven_lação	
  pulmonar	
  
15/05/13	
  
20	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Patologias	
  pulmonares	
  
15/05/13	
  
21	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Trocas	
  gasosas	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Pressão	
  parcial	
  dos	
  gases	
  numa	
  
mistura	
  de	
  gases	
  
•  Pressão atmosférica ao nível do mar = 760 mmHg 
•  Composição do ar atmosférico seco: 
 O2= 21% N2=78% CO2=variável 
•  Pressão parcial dos gases no ar: 
 PO2= 0,21x760 mmHg= 159 mmHg 
 PN2= 0,78x 760 mmHg= 593 mmHg 
 Pressão total: PO2 + PN2+ PCO2 = 760 mmHg 
15/05/13	
  
22	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Pressões	
  parciais	
  dos	
  gases	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Trocas	
  gasosas	
  nos	
  alvéolos	
  
15/05/13	
  
23	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Trocas	
  gasosas	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Transporte	
  de	
  O2	
  no	
  sangue	
  
•  2%	
  no	
  plasma	
  
•  98%	
  ligado	
  à	
  
hemoglobina	
  (Hb)	
  
15/05/13	
  
24	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Hb	
  e	
  transporte	
  de	
  O2	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Hb	
  e	
  transporte	
  de	
  O2	
  
•  Consumo	
  de	
  oxigénio	
  em	
  repouso	
  =	
  250	
  ml/min	
  
•  Sem	
  Hb	
   	
   	
  3mL/L	
  sangue	
  x	
  5L	
  sangue/min	
  =	
  15	
  ml/min	
  	
   	
  L	
  
•  Com	
  Hb 	
   	
  200ml/L	
  sangue	
  x	
  5L	
  sangue/min	
  =	
  1000	
  ml/min 	
  J	
  
•  Com	
  Hb	
  e	
  PO2	
  baixa 	
  100	
  ml/sangue	
  x	
  5L	
  sangue/min	
  =	
  500	
  ml/min 	
  K	
  
Sem	
  Hb	
  
Com	
  Hb	
  
↓PO2	
  Com	
  Hb	
  
15/05/13	
  
25	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Hemoglobina	
  
•  Adultos	
  
–  HbA	
  –	
  2α	
  e	
  2β	
–  HbA2	
  –	
  2α	
  e	
  2δ	
  (2,5%)	
  
•  Feto	
  
–  HbF	
  –	
  2α	
  e	
  2γ	
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Outros	
  sistemas	
  transportadores	
  de	
  O2	
  
•  Hemocianina	
  
•  Artrópodes	
  e	
  moluscos	
  
•  Contém	
  Cobre	
  
•  Normalmente	
  dissolvido	
  na	
  hemolinfa	
  
•  Hemeritrina	
  
•  Alguns	
  anelídeos,	
  braquiópodes	
  
•  Contém	
  ferro	
  
15/05/13	
  
26	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Curva	
  de	
  dissociação	
  da	
  
oxihemoglobina	
  
%
	
  d
e	
  
sa
tu
ra
çã
o	
  
de
	
  O
2	
  
Alvéolos	
  Tecidos	
  em	
  repouso	
  
	
  23	
  %	
  do	
  O2	
  ligado	
  
	
  à	
  Hb	
  é	
  libertado	
  
Tecidos	
  durante	
  
o	
  exercício	
  
	
  73	
  %	
  do	
  O2	
  ligado	
  
	
  à	
  Hb	
  é	
  libertado	
  
Exercício?	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Outros	
  factores	
  que	
  influenciam	
  a	
  afinidade	
  
da	
  Hb	
  pelo	
  O2	
  
•  Efeito	
  de	
  Bohr:	
  ↓pH	
  =	
  ↓	
  afinidade	
  por	
  
O2	
  
•  Exercício	
  anaeróbico	
  -­‐	
  ácido	
  lác_co	
  
•  H+	
  -­‐combinam-­‐se	
  com	
  a	
  parte	
  proteica	
  da	
  
Hb,	
  alterando	
  a	
  sua	
  estrutura	
  dimensional	
  
diminuindo	
  a	
  afinidade	
  por	
  O2	
  
•  ↑PCO2	
  =	
  ↓	
  afinidade	
  por	
  O2	
  
•  Temperatura	
  	
  
	
  
15/05/13	
  
27	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Outros	
  factores	
  que	
  influenciam	
  a	
  
afinidade	
  da	
  Hb	
  pelo	
  O2	
  
•  2,3-­‐bifosfoglicerato	
  
•  Produto	
  lateral	
  da	
  glicolise	
  
•  Oxi-­‐hemoglobina	
  inibe	
  a	
  
produção	
  de	
  2,3-­‐DPG	
  
•  Diminui	
  a	
  afinidade	
  da	
  Hb	
  
pelo	
  O2	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
   Figure	
  18-­‐12	
  
Hemoglobina	
  materna	
  e	
  fetal	
  
15/05/13	
  
28	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Mioglobina	
  Muscular	
  
•  Proteína	
  do	
  músculo	
  estriado	
  
•  (Músculo	
  esquelé_co	
  e	
  cardíaco).	
  
-­‐	
  	
  	
  Liga	
  um	
  O2	
  por	
  molécula	
  	
  
-­‐	
  	
  	
  Tem	
  maior	
  afinidade	
  por	
  O2	
  do	
  que	
  a	
  hemoglobina	
  
-­‐	
  	
  	
  Funciona	
  como	
  um	
  reservatório	
  de	
  O2,	
  na	
  ausência	
  de	
  irrigação	
  sanguínea	
  
adequada,	
  especialmente	
  no	
  músculo	
  cardíaco	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
15/05/13	
  
29	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Transporte	
  de	
  CO2	
  no	
  sangue	
  
•  7%	
  no	
  plasma	
  
•  	
  23%	
  ligado	
  à	
  Hb	
  
•  Carbaminohemoglobina	
  
•  70%	
  como	
  HCO3-­‐	
  	
  
•  (tampão	
  de	
  pH)	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
•  H2O	
  +	
  CO2	
  ⇔	
  H2CO3	
  ⇔	
  H+	
  +	
  HCO3-­‐	
  
•  Nos	
  tecidos,	
  CO2	
  difunde	
  para	
  os	
  glóbulos	
  vermelhos	
  (GV)	
  e	
  
desloca	
  a	
  reação	
  para	
  a	
  direita	
  
–  Aumenta	
  [HCO3-­‐]	
  produzido	
  nos	
  GV	
  
•  HCO3-­‐	
  difunde	
  para	
  o	
  pasma	
  
–  GV	
  ficam	
  mais	
  	
  +.	
  
•  Cl-­‐	
  troca	
  com	
  HCO3-­‐	
  (troca	
  Cl-­‐/	
  HCO3-­‐	
  ).	
  
–  H+	
  formado	
  combina-­‐se	
  com	
  	
  hemoglobina,	
  facilitando	
  
libertação	
  de	
  O2	
  	
  
•  HbCO2	
  formada	
  
–  Libertação	
  de	
  O2	
  nos	
  tecidos,	
  facilita	
  formação	
  de	
  HbCO2	
  
AC	
  
TRANSPORTE	
  DE	
  CO2	
  	
  
	
  
15/05/13	
  
30Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Regulação	
  da	
  ven_lação	
  
•  A	
  respiração	
  é	
  um	
  processo	
  rítmico	
  que	
  ocorre	
  sem	
  
pensamento	
  consciente	
  
•  Semelhante	
  ao	
  ba_mento	
  do	
  coração?	
  
•  Não!	
  
•  Os	
  músculos	
  que	
  permitem	
  a	
  inspiração/expiração	
  
são	
  músculos	
  esquelé_cos:	
  
•  Não	
  contraem	
  espontaneamente	
  
•  Es_mulados	
  pelos	
  neurónios	
  motores	
  
•  Início	
  no	
  tronco	
  cerebral	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Centros	
  respiratórios	
  do	
  tronco	
  
cerebral	
  
•  Centro	
  respiratório	
  bulbar	
  
•  2	
  grupos	
  respiratórios	
  dorsais	
  
•  Neurónios	
  ac_vos	
  durante	
  a	
  
inspiração	
  
•  2	
  grupos	
  respiratórios	
  ventrais	
  
•  Neurónios	
  ac_vos	
  durante	
  a	
  expiração	
  
forcada	
  e	
  inspiração	
  forcada	
  
•  Inspiração	
  normal	
  
•  DRG	
  
•  Expiração	
  normal	
  
•  Inibição	
  dos	
  DRG	
  
•  Ven_lação	
  forçada	
  
•  DRG	
  +	
  VRG	
  
15/05/13	
  
31	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Ven_lação	
  rítmica	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Regulação	
  da	
  ven_lação	
  
•  Controlo	
  cerebral	
  e	
  do	
  sistema	
  limbíco	
  
•  Ven_lação	
  forcada	
  
•  Apneia	
  
•  Emoções	
  
•  Regulação	
  química	
  	
  
•  CO2	
  
•  O2	
  
•  pH	
  
15/05/13	
  
32	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Corpos	
  aórUcos	
  
Corpos	
  caroMdeos	
  
Quimiorrecetores	
  periféricos	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Quimiorrecetores	
  
periféricos	
  
•  Sensíveis	
  a:	
  
•  ↑PCO2	
  
•  ↓pH	
  
•  ↓PO2	
  
15/05/13	
  
33	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Efeito	
  do	
  CO2	
  nos	
  quimiorrecetores	
  
centrais	
  do	
  bolbo	
  raquidiano	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Quimiorrecetores	
  centrais	
  
•  Sensíveis	
  a:	
  
•  ↓pH	
  no	
  CSF	
  
15/05/13	
  
34	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Regulação	
  da	
  
respiração	
  	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
15/05/13	
  
35	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Comparação	
  dos	
  efeitos	
  do	
  CO2	
  e	
  do	
  O2	
  na	
  
es_mulação	
  da	
  ven_lação	
  pulmonar	
  
	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
   Silverthorn,	
  Cap.17	
  
Regulação	
  química	
  
da	
  respiração	
  
(resumo)	
  
15/05/13	
  
36	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Efeito	
  do	
  CO	
  na	
  respiração	
  
•  CO	
  liga-­‐se	
  à	
  Hb	
  
•  Locais	
  de	
  ligação	
  do	
  O2	
  
•  Maior	
  afinidade	
  (250x)	
  
•  PCO	
  0,6mmHg	
  pode	
  ser	
  letal	
  
•  Porque	
  não	
  detectamos	
  a	
  
falta	
  de	
  O2	
  causada	
  pelo	
  CO?	
  
•  PO2	
  é	
  normal	
  
•  A	
   quan_dade	
   de	
   O2	
  
transportado	
   é	
  menor	
   porque	
  
a	
   Hb	
   liga	
   CO	
   com	
   maior	
  
afinidade	
  
	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Equilíbrio	
  Ácido-­‐Base	
  
•  A	
  ven_lação	
  contribui	
  para	
  a	
  regulação	
  do	
  pH	
  do	
  
plasma?	
  
−+ +⇔⇔+ 33222 HCOHCOH0HCO
Eliminação	
  de	
  CO2	
  
nos	
  pulmões	
  elimina	
  H+	
  
15/05/13	
  
37	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Anomalias	
  da	
  ven_lação	
  
1.	
  Acidose	
  respiratória	
  
•  Hipoven_lação	
  
•  Acumulação	
  de	
  CO2	
  nos	
  
tecidos.	
  
•  PCO2	
  aumenta	
  
•  pH	
  decresce	
  (acidose)	
  
•  HCO3-­‐	
  no	
  plasma	
  
aumenta	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Anomalias	
  da	
  ven_lação	
  
2.	
  Alcalose	
  respiratória	
  
•  Hiperven_lação	
  
•  Perda	
  excessiva	
  de	
  CO2.	
  
•  PCO2	
  decresce	
  
•  pH	
  aumenta	
  (alcalose)	
  
•  HCO3-­‐	
  plasmá_co	
  
decresce	
  
15/05/13	
  
38	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Efeito	
  do	
  bicarbonato	
  no	
  pH	
  
sanguíneo	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Sistemas	
  tampão	
  do	
  sangue	
  
•  Hemoglobina (liga H+ nos tecidos e liberta H+ 
nos pulmões, quando liga O2) 
•  Sistema plasmático do bicarbonato (HCO3-), 
 que tamponiza H+ proveniente dos ácidos 
metabólicos (ex: ácido láctico) 
15/05/13	
  
39	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Regulação	
  da	
  respiração	
  
durante	
  o	
  exercício	
  osico	
  
Aumenta	
  o	
  consumo	
  de	
  O2	
   Aumenta	
  a	
  PCO2	
  e	
  diminui	
  a	
  PO2?	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Regulação	
  da	
  respiração	
  
durante	
  o	
  exercício	
  osico	
  
•  Efeito	
  psicológico	
  
15/05/13	
  
40	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Regulação	
  da	
  respiração	
  
durante	
  o	
  exercício	
  osico	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Adaptações	
  da	
  respiração	
  ao	
  exercício	
  
osico	
  
•  Treino	
  
•  Capacidade	
  vital	
  aumenta	
  ligeiramente	
  
•  Volume	
  residual	
  diminui	
  ligeiramente	
  
•  Volume	
  corrente	
  (_dal)	
  
•  Repouso:	
  não	
  varia	
  
•  Exercício:	
  aumenta	
  
•  Frequência	
  respiratória	
  
•  Repouso:	
  diminui	
  ligeiramente	
  
•  Exercício:	
  aumenta	
  
•  Volume	
  respiratório	
  
•  Normal	
  
•  Repouso	
  6L/min	
  
•  Exercício	
  –	
  120	
  L/min	
  
•  Treino	
  regular	
  
•  Repouso	
  6L/min	
  
•  Exercício	
  –	
  180	
  L/min	
  
	
  
15/05/13	
  
41	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Alterações	
  da	
  respiração	
  em	
  al_tude	
  
•  Efeitos	
  
•  Efeitos:	
  
–  12	
  000	
  pés-­‐	
  tonturas,	
  fadiga	
  
muscular	
  e	
  mental,	
  confusão	
  
–  18	
  000	
  pés-­‐	
  convulsões	
  
–  23	
  000	
  pés	
  –	
  coma-­‐	
  morte	
  
1	
  pé=	
  0,3m	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
Aclima_zação	
  
•  Aumento	
  da	
  ven_lação	
  pulmonar	
  
-­‐  PO2<60	
  mm	
  Hg	
  (Hiperven_lação,	
  resposta	
  ven_latória	
  hipóxica)	
  
-­‐  Problema	
  com	
  diminuição	
  da	
  PCO2?	
  
•  Aumento	
  na	
  concentração	
  de	
  hemoglobina	
  e	
  no	
  número	
  de	
  
glóbulos	
  vermelhos	
  no	
  sangue	
  
–  <PO2	
  em	
  al_tude	
  induz	
  >	
  eritropoie_na	
  
–  Hemoglobina:	
  15g/dl	
  para	
  19g/dl	
  
–  Hematócrito:	
  45%	
  para	
  55-­‐60%	
  
•  Diminuição	
  da	
  afinidade	
  da	
  hemoglobina	
  por	
  O2	
  nos	
  tecidos	
  
–  maior	
  dissociação	
  de	
  O2	
  nos	
  tecidos	
  
–  Aumento	
  do	
  2,3-­‐BPG	
  
•  Aumento	
  da	
  produção	
  de	
  óxido	
  nítrico	
  (NO)	
  	
  
–  causa	
  vasodilatação	
  e	
  aumento	
  do	
  fluxo	
  sanguíneo	
  nos	
  pulmões	
  
•  Alterações	
  celulares	
  
–  Mais	
  mitocôndrias	
  
15/05/13	
  
42	
  
Fisiologia	
  Animal	
  	
  
FIM