2 Fisio Trocas Gasosas nos Pulmoes

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Trocas Gasosas nos Pulmões
Difusão de Gases
CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE GASES RESPIRATÓRIOS
• Ar atmosférico: Mistura de Gases (N2; O2; CO2 e e H2O).
• Movimento aleatório e contínuo = Difusão;
• Pressão de gases = Choque das moléculas umas com as outras e contra 
a parede do recipiente;
• Sentido de difusão: Da região de maior [ ] para regiões de menor [ ];
• Ar que participa das trocas gasosas = Ar Alveolar
• Pressão total de uma mistura de gases = Pressão Total
• Pressão Parcial: Pressão que o gás exerceria se fosse o único gás a 
ocupar um determinado volume;
• Ar Traqueal: Mistura contendo ar atmosférico saturada com vapor 
de água (da evaporação de água dos revestimentos epiteliais 
superiores à temperatura corporal de 37o C.
CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE GASES RESPIRATÓRIOS
PRESSÃO PARCIAL DOS GASES AO ENTRAREM NOS PULMÕES
• As pressões parciais de O2 e CO2 nos alvéolos variam pouco 
durante a respiração normal: Quantidade de O2 que inspiramos 
e de CO2 expiramos a cada respiração é similar a que se difunde 
para o sangue (O2) e para o alvéolo (CO2).
• Todavia mudanças no padrão de ventilação alveolar podem 
afetar as pressões parciais de O2 e CO2 nos alvéolos.
CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE GASES RESPIRATÓRIOS
FATORES QUE INTERFEREM NAS PO2 E PCO2
Fatores que interferem nas pressões parciais de O2 e CO2 nos 
alvéolos: 
• Ventilação Alveolar 
• Composição do Ar Inspirado
Composição do Ar Atmosférico:
• Ar atmosférico: O2: 20,1%; CO2: 0,3%, PH2O: 3,7%; N2: 78% (a 
temperatura ambiente de 25ºC e ao nível do mar).
• Chega aos pulmões a temperatura constante de 37ºC e com 
pressão parcial de vapor d’água é de 47mmHg.
Ventilação alveolar
 Volume de ar que entra e sai dos alvéolos por min
Vol. corrente: 500 mL  vol. alveolar: 350 mL e vol. espaço morto: 150 mL
PRESSÃO PARCIAL DOS GASES -DIFUSÃO
VentilaVentilaçção alveolar e Pão alveolar e PO2 O2 e Pe PCO2CO2
Ventilação alveolar – Difusão de Gases
Espaço morto fisiológico (EMf): espaço 
morto anatômico + espaço morto alveolar
(Em indivíduos normais EMf é
igual ao EM anatômico) 
Pacientes com doenças em que 
ocorrem áreas ventiladas porem não 
perfundidas por sangue EMf >EMa
Ventilação Alveolar (Va).
Volume Frequência
Corrente x respiratória = Ventilação Total
Volume Frequência
alveolar x respiratória = Ventilação Alveolar
VEM=Volume do Espaço Morto
Atenção: A ventilação 
total não é um indicador 
confiável da ventilação 
alveolar
TROCAS GASOSAS NOS PULMÕES
 O ar inspirado passa nas superfícies quentes e úmidas das vias 
aéreas e fica saturado de água e igualado a temperatura corporal.
 HEMATOSE = Transporte de gases alveolar-capilar: difusão de O2 
e CO2 através das membranas da unidade alvéolo-capilar.
LEIS DOS GASES E SUAS APLICAÇÕES BIOLÓGICAS
 Um gás também exerce pressão quando dissolvido em um líquido, 
ou seja, em solução  O2 eCO2 dissolvidos no sangue: as respectivas 
pressões parciais serão determinadas pelos volumes (concentrações) 
destes gases e de seus coeficientes de solubilidade 
PPO2 O2 e Pe PCO2CO2 NO AR ALVEOLAR E NO SANGUE NO AR ALVEOLAR E NO SANGUE 
CAPILARCAPILAR
LEIS DOS GASES E SUAS APLICAÇÕES BIOLÓGICAS
 Apesar de encontrarmos maior concentração de CO2 dissolvido no 
sangue em relação a O2, deve-se considerar primeiramente a pressão 
parcial na fase líquida, fisiologicamente importante quando pensamos no 
diferencial de pressão entre a fase gasosa e a fase líquida (força 
propulsora para a sua difusão através da membrana respiratória). 
 Compreensão das bases físicas envolvidas na difusão dos gases 
respiratórios entre a fase gasosa existente nos alvéolos e a fase 
dissolvida do sangue pulmonar:
 1º) Conceitos de UR e MR
UNIDADE RESPIRATÓRIA (UR) E MEMBRANA RESPIRATÓRIA (MR)
Unidade respiratória: 
onde ocorrem trocas 
gasosas.
• Compreende:
– Bronquíolo 
respiratório;
– Ductos alveolares;
– Sacos alveolares;
– Alvéolos.
Unidade Respiratória
BRONQUÍOLO, VASOS E ALVÉOLOS – TROCAS GASOSAS
 MEMBRANA RESPIRATÓRIA – UNIDADE ALVÉOLO-CAPILAR
 Principal sítio de trocas gasosas ao nível do pulmão
S
A
100 µm
A: alvéolo
S: septo inter-alveolar
C: capilar
C
MEMBRANA RESPIRATÓRIA (Constituintes)
1) Camada de líquido e surfactante;
2) Epitélio alveolar;
3) Membrana basal epitelial;
4) Espaço intersticial;
5) Membrana basal do capilar;
6) Endotélio do capilar.
Fatores que afetam a velocidade de difusão dos gases 
através da membrana respiratória:
1. Espessura de membrana;
2. Área de superfície da membrana;
3. Coeficiente de difusão do gás;
4. Diferença de pressão entre os dois lados da 
membrana respiratória.
MEMBRANA RESPIRATÓRIA
Fick's law states that diffusion of a gas across a sheet of tissue is directly related to the surface 
area of the tissue, the diffusion constant of the specific gas, the partial pressure difference of the 
gas on each side of the tissue and is inversely related to tissue thickness.
TROCAS DE GASOSAS – MEMBRANA RESPIRATÓRIA
Lei de Fick:
A quantidade de gás difundido é
diretamente proporcional ao 
coeficiente de difusão do gás e 
à diferença de pressão do gás. 
CAPACIDADE DE DIFUSÃO DOS GASES PELA MEMBRANA 
RESPIRATÓRIA
A troca gasosa través da membrana respiratória nos pulmões ocorre por 
difusão simples regida pela Lei de Fick.
Capacidade de Difusão: É proporcional a quantidade de gás que se difunde 
pela membrana a cada minuto para uma diferença de pressão de 1 mmHg.
Capacidade de difusão do oxigênio: 
 21 mL/min/mm Hg.
Capacidade de difusão do dióxido de carbono: 
 400 a 450 ml/min/mm Hg.
DIFUSÃO DOS GASES PELA MEMBRANA RESPIRATÓRIA
Lei de Fick:
Segundo e Lei de Fick a quantidade de gás difundido por unidade de 
tempo (Vgás) é diretamente proporcional ao coeficiente de difusão do 
gás (Dgás) e a força propulsora desse gás (diferença de pressão 
parcial do gás: Pgás).
Vgás= Dgás x Pgás
Dgás= k x área x solubilidade
espessura x raiz quadrada do PM
DIFUSÃO DOS GASES PELA MEMBRANA RESPIRATÓRIA
 A P parcial do gás é a força propulsora para a sua difusão através da 
membrana respiratória (pressão maior no alvéolo é maior que a pressão no sangue 
(ex. O2)  Ocorre difusão dos alvéolos para o sangue.
 CO2: Situação inversa  Ocorre difusão dos sangue para os alvéolos.
Deste modo:
- Oxigênio: Diferença de pressões parciais (104 mm Hg – 40 m Hg)  Força 
propulsora para difusão do O2 através da membrana respiratória é de 64 mm Hg.
- CO2: Diferença de pressões parciais (47 mm Hg – 40 mm Hg)  Força propulsora 
para difusão do O2 através da membrana respiratória é de 7 mm Hg.
DIFUSÃO DOS GASES PELA MEMBRANA RESPIRATÓRIA
 Apesar da  de pressão parcial de O2 e CO2 ser mantida relativamente 
constante,
Situações em que a diferença de pressão pode estar alterada:
• Doenças pulmonares obstrutivas: [O2] [CO2] e consequentemente as 
respectivas pressões alveolares diminuem  Altera-se, assim, o valor da 
diferença de pressão desses gases através da membrana respiratória.
• Coeficiente de difusão (D): por sua vez, é inversamente proporcional à
espessura da membrana respiratória, sendo, na realidade, resultante de uma 
combinação fatores (conforme a equação de Dgás): 
- Solubilidade do gás;
- Área da membrana;
- Espessura da membrana;
- Peso molecular do gás.
DIFUSÃO DOS GASES PELA MEMBRANA RESPIRATÓRIA
 Doenças que diminuem a eficiência do processo de trocas gases:
-Enfisema: Destruição de septos alveolares  Resulta em menor área para 
trocas gasosas.
- Edema Pulmonar: A intensidade de difusão diminui devido ao aumento da 
distancia de difusão (espessura da membrana).- Anemia: Difusão diminui porque existe redução da quantidade de 
hemoglobina nos eritrócitos, o que constitui um fator limitante para a difusão.
Contrariamente, durante o exercício, a intensidade de difusão aumenta 
porque mais capilares são perfundidos com sangue, o que amplia a área de 
superfície disponível para as trocas gasosas.
MEMBRANA RESPIRATMEMBRANA RESPIRATÓÓRIA RIA –– TROCAS GASOSASTROCAS GASOSAS
FLUXO DE SANGUE PULMONARFLUXO DE SANGUE PULMONAR
FLUXO SANGUÍNEO PULMONAR
Terceiro fator de maior Influência Terceiro fator de maior Influência 
sobre as trocas gasosas:sobre as trocas gasosas:
Depois da Depois da VaVa (P parcial) e do CD (P parcial) e do CD 
(solubilidade;membrana respirat(solubilidade;membrana respiratóória...).ria...).
-- O fluxo sanguO fluxo sanguííneo pulmonar neo pulmonar 
menor no menor no áápice e maior na base pice e maior na base 
dos pulmões.dos pulmões.
FLUXO SANGUÍNEO PULMONAR – ALTERAÇÕES NAS TROCAS GASOSAS
1ª condição para adequar as tocas gasosas pela membrana (muda PO2 e PCO2)
 VENTILAÇÃO ALVEOLAR
 2ª condição: Difusão de gases através dos gases através da membrana 
respiratória propriamente (alterações: enfisema, fibrose pneumonia).
 3ª condição: Fluxo de sangue (PERFUSÃO) que passa nos alvéolos (fluxo 
sanguíneo pulmonar), que também deverá ser adequado a para a captação do 
oxigênio disponível.
! Fluxo sanguíneo pulmonar reflete o debito cardíaco do coração direito 
(pressão arterial média ~ 15 mm Hg – 6x mais baixa que a pressão arterial 
sistêmica). 
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS
Devido aos efeitos gravitacionais + a baixa pressão do coração 
direito 
Faz com que o fluxo pulmonar sanguíneo, quando uma pessoa 
está em pé, não se distribui de maneira uniforme nos pulmões 
 FLUXO SANGUÍNEO PULMONAR É MENOR NO ÁPICE DOS 
PULMÕES E MAIOR NA BASE
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS
SISTEMA ARTERIAL PULMONAR:
 Indivíduo em pé  Diferença de pressão da base ao ápice dos pulmões (~ 
23mm Hg) (diferença grande para a baixa pressão do sistema pulmonar)  Por 
isso o fluxo sanguíneo trona-se menor no ápice em relação à base do pulmão.
Ou seja, a pressão arterial precisa vencer a distancia desta coluna de sangue 
contra a força da gravidade.
 Ápice dos pulmões: Fluxo pode diminuir a ponto que os vasos venham a 
colabar (Pressão alveolar dos gases pode sobrepujar a pressão capilar- que 
apresenta valores muito baixos)  Direcionamento do fluxo para a base dos 
pulmões.
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS
SISTEMA ARTERIAL PULMONAR:
 Durante o exercício  PA  (redes capilares da parte superior dos 
pulmões se abrem. Ou seja, esta mudança consiste em uma capacidade dos 
pulmões em recrutar redes de capilares adicionais durante o exercício 
(capacidade de reserva dos pulmões)  Garante maior área de superfície 
da membrana respiratória para as trocas gasosas e oxigenação do sangue.
A capacidade de expansão (recrutamento por distensão) de toda a rede 
capilar pulmonar, tanto na base quanto no ápice  Outro exemplo da 
capacidade de reserva dos pulmões (garante maior oxigenação para o 
sangue). 
! Importantes em patologias que comprometem as trocas gasosas 
(enfisema, fibrose, etc)
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS
Controle do volume de líquido intersticial da membrana respiratória 
 A quantidade de líquido intersticial da membrana respiratória é praticamente nulo (condição 
essencial para as trocas gasosas).
DINÂMICA CAPILAR PULMONAR
Esta característica se deve ao fato de que diferentemente da rede capilar sistêmica, onde 
predomina a filtração na rede capilar pulmonar, nos capilares alveolares fica favorecida a 
reabsorção de líquidos. 
Esta dinâmica capilar diferenciada acontece somente porque a pressão capilar pulmonar, que é
baixa, (10 mm Hg), se opõe a uma pressão coloidosmótica plasmática maior (25 mm Hg) que, por 
sua vez direciona o movimento de líquido para o interior dos capilares pulmonares (possivelmente 
por aumento da pressão hidrostática capilar – Ex. descompensação. Insuficiência cardíaca
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS
FLUXO SANGUÍNEO PULMONAR - DINÂMICA CAPILAR PULMONAR
DINÂMICA CAPILAR PULMONAR
 Entretanto quando ocorre o desbalanço destas pressões através da 
membrana respiratória, no edema pulmonar, por exemplo, ocorre 
acúmulo de líquido no interstício e, em alguns casos, também no 
interior dos alvéolos pulmonares. 
FLUXO DE SANGUE PULMONAR - TROCAS GASOSAS