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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
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