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SDE0097 – Fisiologia Humana Aula 12: Sistema respiratório: transporte de gases e equilíbrio ácido-base Fisiologia Humana Introdução AULA 12: Sistema respiratório 2 O ar atmosférico é composto por: nitrogênio, oxigênio, gás carbônico e água. Inalação → vias respiratórias Durante a inspiração sofre modificações: • Umidificação do ar; • Mistura com ar muito mais rico em CO2, que se difunde constantemente do sangue dos capilares pulmonares para o interior dos alvéolos. Fisiologia Humana Ar atmosférico AULA 12: Sistema respiratório 2 ELEMENTO AR ATM. (PRESSÃO) AR ATM. (%) AR ALV. (PRESSÃO) AR ALV. (%) NITROGÊNIO 597,0 mmHg. 78,62 569,0 mmHg. 74,90 OXIGÊNIO 159,0 mmHg. 20,84 104,0 mmHg. 13,60 GÁS CARBÔNICO 0,3 mmHg. 0,04 40,0 mmHg. 5,30 ÁGUA 3,7 mmHg. 0,50 47,0 mmHg. 6,20 TOTAL 760,0 mmHg. 100,00 760,0 mmHg. 100,00 Fisiologia Humana Ar alveolar – O2 AULA 12: Sistema respiratório 2 Conforme se pode observar, o oxigênio encontra-se, no ar alveolar, com pressão parcial de 104 mmHg. Fisiologia Humana Ar alveolar – CO2 AULA 12: Sistema respiratório 2 O gás carbônico encontra-se, no ar alveolar, com pressão parcial de 40 mmHg. Fisiologia Humana Transporte AULA 12: Sistema respiratório 2 O sangue transporta o oxigênio e o gás carbônico entre os pulmões e os tecidos. São transportados de diversas formas: 1. Dissolvidos no plasma; 2. Quimicamente combinados com a hemoglobina; 3. Convertidos em molécula diferente. Fisiologia Humana Introdução AULA 12: Sistema respiratório 2 O sangue venoso bombeado pelo ventrículo direito chega aos pulmões e flui pelos capilares pulmonares com pressões parciais de O2 e CO2, de 40 mmHg e 45 mmHg, respectivamente. Fisiologia Humana Locais de trocas gasosas AULA 12: Sistema respiratório 2 As trocas ocorrem nos alvéolos pulmonares, onde o CO2 sai do sangue e o O2 se difunde para o sangue, de acordo com as suas diferenças de pressão. Nos capilares, o O2 se difunde para os tecidos enquanto que o CO2 se difunde para o sangue. Fisiologia Humana Trocas nos capilares AULA 12: Sistema respiratório 2 Fisiologia Humana Transporte de O2 AULA 12: Sistema respiratório 2 Baixa solubilidade: apenas 1,5% é transportado dissolvido no plasma. Quimicamente combinado com a hemoglobina - 98,5%. Fisiologia Humana Hemácias e hemoglobina (Hb) AULA 12: Sistema respiratório 2 Célula anucleada cujo citoplasma é preenchido pela hemoglobina. Cada molécula de hemoglobina consiste de: 1. Porção globina, composta de 4 cadeias de AA; 2. Quatro pigmentos contendo ferro, chamados heme. Como o oxigênio se liga no ferro do heme, cada molécula de hemoglobina pode carrear 4 moléculas de O2 Fisiologia Humana Hemoglobina AULA 12: Sistema respiratório 2 Quando 4 oxigênios estão ligados na hemoglobina dizemos que está 100% saturada. Quando a hemoglobina está ligada a 3 ou menos oxigênios, dizemos que está parcialmente saturada. A ligação com o oxigênio se deve à alta pressão deste nos pulmões – oxihemoglobina. Quanto mais oxigênio maior a afinidade deste para a Hemoglobina. Quando o primeiro oxigênio se liga na hemoglobina, o segundo se liga mais rapidamente, o terceiro ainda mais rápido e assim sucessivamente. Fisiologia Humana Oxihemoglobina e desoxihemoglobina AULA 12: Sistema respiratório 2 A formação da oxihemoglobina é uma reação reversível. Depende da quantidade de produtos de cada lado. Fisiologia Humana Curva de dissociação AULA 12: Sistema respiratório 2 O grau de saturação varia com a pO2, que varia nos diferentes órgãos. Esses valores, transformados em gráfico, produzem uma curva, chamada curva de Dissociação. Nos eixos do gráfico estão: a pressão parcial de O2 e a saturação da hemoglobina. Nos pulmões, a pO2 é próxima de 100 mmHg, há alta afinidade, e a hemoglobina está 98% saturada de oxigênio. Nos tecidos a pO2 é de 40 mmHg, a afinidade é baixa, e a saturação do oxigênio no sangue que deixa os tecidos é de 75%. Fisiologia Humana Curva de dissociação AULA 12: Sistema respiratório 2 Notar que a curva tem uma forma de S, praticamente plana sob altas pressões de O2, e em rampa aguda sob baixas pressões de O2 Alta afinidade entre O2 e hemoglobina Baixa afinidade entre O2 e hemoglobina Pulmões S.Ven. Tecidos S.Art. Fisiologia Humana Fatores que afetam a curva de dissociação AULA 12: Sistema respiratório 2 1. pH 2. temperatura 3. PCO2 4. DPG (2,3-difosfoglicerato) Fisiologia Humana Introdução AULA 12: Sistema respiratório 2 A função da respiração é essencial à vida e pode ser definida, de um modo simplificado, como a troca de gases (O2 e CO2 ) entre as células do organismo e a atmosfera. A respiração pode ser interpretada como um processo de trocas gasosas entre o organismo e o meio, ou como um conjunto de reações químicas que faz parte do metabolismo energético (respiração celular). Dessa forma, o termo respiração pode ser empregado em basicamente dois níveis: Celular e Orgânico. Fisiologia Humana No exercício vigoroso AULA 12: Sistema respiratório 2 Os músculos produzem metabólitos ácidos (A. Lático), calor e CO2. Mais calor e mais CO2 maior produção de DPG pelas hemácias. Estas condições diminuem a afinidade da hemoglobina, liberando O2 para o músculo, desviando a curva de dissociação para a direita. Fisiologia Humana No exercício vigoroso AULA 12: Sistema respiratório 2 No frio há desvio da curva para a esquerda. Fisiologia Humana Transporte de CO2 AULA 12: Sistema respiratório 2 Aproximadamente 7% são transportados dissolvidos no plasma. O restante se difunde para o interior das hemácias: • 23% se combina com a Hb. • 70% é convertido em bicarbonato e é transportado pelo plasma. Fisiologia Humana Transporte de CO2 AULA 12: Sistema respiratório 2 • 23% se liga na porção Globina da Hemoglobina e forma Carbaminohemoglobina. • Ocorre em regiões de alta PCO2 (Tecidos). • Em baixa PCO2 há a dissociação (Pulmões). Fisiologia Humana Formação do bicarbonato – Tecidos AULA 12: Sistema respiratório 2 Para se transformar em bicarbonato, inicialmente o gás carbônico se difunde para o interior da hemácia. Em seguida, reage com água lá presente e, graças a uma enzima chamada anidrase carbônica, forma ácido carbônico. O ácido carbônico rapidamente se dissocia em hidrogênio livre mais íon bicarbonato. Fisiologia Humana Formação do bicarbonato – Tecidos AULA 12: Sistema respiratório 2 O ácido carbônico rapidamente se dissocia em hidrogênio livre mais íon bicarbonato. Este sai da hemácia ao mesmo tempo em que o íon cloreto entra, e segue transportado no plasma. Fisiologia Humana Formação do bicarbonato – Tecidos AULA 12: Sistema respiratório 2 Fisiologia Humana Transporte de bicarbonato – Pulmões AULA 12: Sistema respiratório 2 Nos pulmões, o CO2 se difunde do plasma para os alvéolos (diferença de pressão). As reações químicas se invertem. O bicarbonato se difunde de volta para dentro das hemácias e o cloro para fora. O hidrogênio é liberado da hemoglobina e se combina de volta com o bicarbonato, formando ácido carbônico. O ácido carbônico se dissocia em CO2 e água (anidrase carbônica). O CO2 é eliminado para os alvéolos. Fisiologia Humana Transporte de bicarbonato– Pulmões AULA 12: Sistema respiratório 2 Fisiologia Humana Monóxido de carbono AULA 12: Sistema respiratório 2 Monóxido de carbono (CO) - Liga-se à hemoglobina (carboxiemoglobina). - Composto altamente estável. - Causa morte por asfixia. Fisiologia Humana Efeito da altitude AULA 12: Sistema respiratório 2 Quando viajamos para elevadas altitudes (ar rarefeito): - ↑ Frequência respiratória; - ↑ Batimentos cardíacos; - ↑ Pressão arterial; - ↑ Produção de hemácias pela medula óssea – O efeito hipóxia dos tecidos estimula a liberação do hormônio eritropoetina, que estimula as células-tronco da medula óssea a produzirem mais hemácias – policitemia fisiológica. Fisiologia Humana Regulação da respiração AULA 12: Sistema respiratório 2 No tronco cerebral, na base do cérebro, possuímos um conjunto de neurônios encarregados de controlar a cada instante a nossa respiração: Trata-se do Centro Respiratório. O Centro Respiratório é dividido em: • Grupo Respiratório Dorsal, • Grupo Respiratório Ventral, • Centro Pneumotáxico. Fisiologia Humana Grupo respiratório dorsal AULA 12: Sistema respiratório 2 Localizado na porção dorsal do bulbo É responsável por nossa inspiração. Apresenta células autoexcitáveis que, a cada 5 segundos, aproximadamente, despolarizam. A partir desse centro, parte um conjunto de fibras (via inspiratória) que desce através da medula e se dirige a diversos neurônios motores responsáveis pelo controle dos nossos diversos músculos da inspiração. Fisiologia Humana Grupo respiratório dorsal AULA 12: Sistema respiratório 2 Fisiologia Humana Grupo respiratório ventral AULA 12: Sistema respiratório 2 Localizado na parte ventrolateral do bulbo, que pode ocasionar tanto expiração quanto inspiração, dependendo dos neurônios do grupo que são estimulado. Fisiologia Humana Centro pneumotáxico AULA 12: Sistema respiratório 2 Localizado dorsalmente na porção superior da ponte, que ajuda a controlar tanto a frequência quanto o padrão da respiração. Fisiologia Humana Quimiorreceptores AULA 12: Sistema respiratório 2 Centrais (porção inferior do bulbo) – sensíveis a alterações do CO2 e H + sanguíneos. Aumenta a atividade respiratória. • CO2 e H + : aumento excitação dos quimiorreceptores + afetada por CO2 no líquido cefalorraquidiano, pois passa fácil pela barreira hematoencefálica → daí altera H+ (diminuindo o pH). Periféricos: nos corpos carotídeos e aórticos (estes, + sensíveis às variações de O2 sanguíneo atuam com PO2 70 mmHg e descarga com 50 mm Hg. Fisiologia Humana Quimiorreceptores centrais AULA 12: Sistema respiratório 2 Fisiologia Humana Quimiorreceptores periféricos AULA 12: Sistema respiratório 2 Fisiologia Humana Regulação respiratória do equilíbrio ácido-base AULA 12: Sistema respiratório 2 Por meio da eliminação de CO2 os pulmões desempenham um importante papel da regulação do pH do organismo. Os pulmões eliminam uma taxa de 10.000 mEq de ácido carbônico por dia. O organismo pode lançar mão do mecanismo de ventilação para variar a taxa de eliminação de ácido carbônico de acordo com as necessidades do organismo. Fisiologia Humana Regulação respiratória do equilíbrio ácido-base AULA 12: Sistema respiratório 2 A concentração de H+ no FEC é mantida dentro de um limite extremamente estreito: 40 nmol/L = 1.000.000 menor que a Concentração dos outros íons!! [H] tem profundo efeito nos eventos metabólicos. • 1- determina a configuração proteica e sua função; • 2- reações enzimáticas necessitam de pH ótimo (estreito). Aumento [H+ ] => diminuição do pH => acidose Diminuição [H+ ] => aumento do pH => alcalose Alterações são dependentes de: • Tampões intra e extracelulares; • Regulação da taxa de ventilação alveolar para controle da concentração de dióxido de carbono orgânico; • Regulação da exceção renal de hidrogênio e reabsorção de bicarbonato. Fisiologia Humana Tampão AULA 12: Sistema respiratório 2 É a associação de um ácido fraco dissociado com o seu respectivo sal. São capazes de captar ou ceder H+ minimizando as alterações de sua concentração. Tampões orgânicos: 1- Tampões extracelulares bicarbonato/ácido carbônico (HCO3/H2CO3 ) fosfato (HPO4/H2PO4 ) proteínas plasmáticas. 2- Tampões intracelulares, proteínas, fosfato orgânico e inorgânico hemoglobina (hemácias). 3- Ossos carbonato ósseo corresponde a 40% da capacidade tamponante do organismo. 4- Trocas catiônicas entre o FEC e o FIC na acidose o H+ vai para o FIC e o K sai para o FEC. Fisiologia Humana Sistema tampão bicarbonato/ácido carbônico AULA 12: Sistema respiratório 2 O organismo produz enorme quantidade de CO2 por dia. No sangue o CO2 combina-se com a água formando ácido carbônico (reação catalisada nas hemácias pela anidrase carbônica). O organismo produz, normalmente no metabolismo celular, principalmente na mitocôndria, grande quantidade de H+ . Sua elevação no sangue é minimizada (tamponada) pois a maioria do H+ combina-se com a hemoglobina (a hemoglobina não transporta o CO2 , somente O2 e H + ). Fisiologia Humana Sistema tampão bicarbonato/ácido carbônico AULA 12: Sistema respiratório 2 O gás carbônico é transportado no sangue venoso como bicarbonato, a hemácia transporta o hidrogênio, não ocorrendo alteração do pH sanguíneo. Fisiologia Humana Sistema tampão bicarbonato/ácido carbônico AULA 12: Sistema respiratório 2 O processo é revertido no alvéolo. O oxigênio desloca o hidrogênio da hemoglobina. Este liga-se ao bicarbonato, que vem do sangue para o eritrócito em troca com o cloro. O hidrogênio combina-se com o bicarbonato, formando gás carbônico (trocado com o ar expirado) e água. Fisiologia Humana Acidose respiratória AULA 12: Sistema respiratório 2 Diminuição da efetividade da ventilação alveolar com retenção e aumento da pCO2. Com o aumento do gás carbônico dissolvido, ocorre aumento da concentração de ácido carbônico e acidose. • Pneumonia • Obstrução trato respiratório • Pneumotórax • Anestesia geral ... Tamponada pelos tampões intracelulares e pela retenção renal de bicarbonato. Ativação dos quimirreceptores – aumento da ventilação. Tratamento – melhora da ventilação e oxigenação! Fisiologia Humana Resposta compensatória AULA 12: Sistema respiratório 2 VAMOS AOS PRÓXIMOS PASSOS? 1. Sistema renal: morfologia; fluxo sanguíneo renal e filtração glomerular.
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