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Cap. 39 – Princípios da Troca Gasosa; Difusão de O2 e CO2 através da membrana respiratória
Física da difusão gasosa e Pressões parciais dos gases
Base molecular da difusão
Os gases são molécuas simples e livres. Para que ocorra a difusão é preciso energia, que é provida pelo movimento cinético das moléculas. Exceto no zero absoluto, elas estão sempre em movimento (linear, até bater em outra). A difusão ocorre de um local com uma concentração elevada para uma área com baixa concentração (Gradiente).
Pressões gasosas em uma mistura
A pressão é causada por impactos na superfície. Assim, a pressão é proporcional à soma das forças de impacto, ou seja, à concentração das moléculas. A taxa de difusão de cada gás em uma mistura é a pressão parcial do gás. A pressão total da mistura é a soma das pressões parciais individuais. 
Pressão dos gases dissolvidos na água e nos tecidos
	Os gases dissolvidos também se movem aleatoriamente e têm energia cinética, exercendo pressão parcial da mesma maneira. Porém, essa pressão é determinada pela concentração e pelo coeficiente de solubilidade:
	 Lei de Henry: Pressão parcial = [gás dissolvido]/Coeficiente de solubilidade 
(moléculas mais atraídas, não geram excesso de pressão parcial. Já as repelidas, a pressão parcial é elevada). 
	A pressão parcial de cada gás dissolvido força suas moléculas para a solução no sangue dos capilares alveolares. As moléculas do mesmo gás, no sangue, tendem a escapar para os alvéolos. Esse escape é proporcional à []. A direção da difusão resultante é determinada pela diferença entre as duas pressões parciais. 
Pressão do vapor da água
Quando o ar não-umidificado é respirado, a água evapora-se das superfícies e umidifica o ar, já que a água está continuamente escapando da superfície para a fase gasosa. A pressão de vapor (Ph2o) é de 47mmHg. Ela depende da temperatura da água. Quanto ↑T, ↑atividade cinética, ↑probabilidade de escape para a fase gasosa. 
Difusão de gases através dos líquidos
A difusão resultante do gás é causada pela diferença de pressão que causa a difusão. Entretanto, além da diferença de pressão, outros fatores afetam a taxa de difusão:
Solubilidade do gás no líquido - ↑ solubilidade, ↑No de moléculas para difundir-se.
Área de corte transversal do líquido - ↑área de corte, ↑No de moléculas que se difundem.
Distância pela qual o gás precisa difundir-se - ↑distância, ↑tempo de difusão.
Peso molecular do gás - ↑velocidade (inversamente proporcional à √PM), ↑taxa de difusão.
Temperatura do líquido – não considera porque a temperatura do corpo é constante. 
D α ∆P x A x S
 d x √PM 
Assim as características do gás determinam dois fatores da fórmula: a solubilidade e o peso molecular. Assim, o coeficiente de difusão do gás é proporcional à S√PM. 
Difusão através dos tecidos
Os gases são altamente solúveis nos lipídios e, consequentemente, nas membranas celulares. A principal limitação ao movimento é a taxa em que eles conseguem difundir-se através da água tecidual, ao invés de pela membrana. 
Composição do Ar Alveolar – Sua relação com o ar atmosférico
O ar alveolar não tem as mesmas concentrações do ar atmosférico: 
o ar alveolar é parcialmente substituído pelo ar atmosférico – a capacidade funcional residual média dos pulmões é 2.300ml. Porém, apenas 350ml de ar novo são trazidos aos alvéolos a cada inspiração. Assim, apenas 1/7 do ar é substituído. 
o oxigênio é constantemente absorvido – é absorvido pelo sangue e novo O2 é respirado. A [O2] nos alvéolos é determinada por: taxa de absorção do oxigênio e pela taxa de entrada do novo oxigênio. 
o dióxido de carbono difunde-se constantemente para os alvéolos – o CO2 é formado no corpo e transportado para ser removido. A PCO2 aumenta proporcionalmente à taxa de excreção de CO2 e cai na proporção inversa da ventilação alveolar. 
o ar seco é umidificado antes de chegar aos alvéolos – logo que entra nas vias respiratórias ele é exposto à líquidos que recobrem a superfície respiratórias. Como a pressão total dos alvéolos não consegue subir mais que 1atm (760mmHg), esse vapor dilui os outros gases (PO2: 159 ( 149mmHg). 
Ar expirado: O ar expirado é uma combinação do ar do espaço morto com o ar alveolar. 
Difusão de Gases através da membrana respiratória
A unidade respiratória, ou lobo respiratório, é composta por um bronquíolo respiratório, ductos alveolares, átrios e alvéolos. As paredes são extremamente finas e há uma rede quase sólida de capilares interconectados (“lâmina”). A troca de gases se dá entre as membranas dos alvéolos e das porções terminais dos pulmões. Todas essas membranas são conhecidas como a membrana respiratória, ou membrana pulmonar.
Membrana respiratória
Camada de líquido revestindo o alvéolo e contendo surfactante (diminui a tensão superficial)
Epitélio alveolar (cel. epiteliais finas)
Membrana basal epitelial
Espaço intersticial fino entre o epitélio alveolar e a membrana capilar
Membrana basal capilar (pode se fundir com a membrana basal do epitélio alveolar)
Membrana endotelial capilar
A espessura é muito pequena, exceto onde há núcleos celulares. Há uma pequena quantidade de sangue, para uma superfície muito grande. Assim há uma troca respiratória muito rápida. Porém, o diâmetro dos capilares é pequeno e as hemácias precisam espremer-se através deles. A membrana então, toca a parede capilar, e os gases precisam atravessar o plasma enquanto se difundem entre o alvéolo e a hemácia, aumentando a rapidez da difusão. 
Fatores que afetam a taxa de difusão pela membrana respiratória
Espessura da membrana – a taxa de difusão é inversamente proporcional à espessura. 
Área superficial da membrana respiratória – quando ela é reduzida, a troca fica comprometida. 
Coeficiente de difusão – depende da solubilidade e, inversamente, da raiz quadrada do peso molecular. 
Diferença de pressão – diferença entre a pressão parcial do gás nos alvéolos e a pressão parcial do gás do sangue dos capilares pulmonares. 
Capacidade de difusão da membrana respiratória
A capacidade de difusão é definida como o volume de um gás que se difundirá através da membrana a cada minuto para uma diferença de pressão parcial de 1mmHg. A capacidade para o oxigênio é de 21ml/min/mmHg, no repouso, e 65ml/min/mmHg, durante um exercício (aumento do fluxo e da ventilação pulmonar). Esse aumento é causado pela abertura dos capilares adormecidos, ou dilatação extra dos já abertos, e por uma equiparação melhor entre a ventilação dos alvéolos e a perfusão dos capilares (razão ventilação-perfusão). 
Já o dióxido de carbono difunde-se tão rapidamente que a PCO2 no sangue pulmonar não difere muito dos alvéolos. Porém, o coeficiente de difusão do CO2 é 20x o do oxigênio. Em repouso é 450ml/min/mmHg e durante exercícios é 1.200 a 1.300ml/min/mmHg. 
Medida da capacidade de difusão do oxigênio é calculada a partir da capacidade do monóxido de carbono. Como a pressão parcial do CO no sangue é zero, a diferença de pressão já é a pressão parcial no ar alveolar. Pega-se o volume, divide pela pressão parcial e encontra a CD. Multiplica-a por 1,23 e encontra a CD do O2. 
Efeito da Razão Ventilação-Perfusão na [gás alveolar]
A PO2 e PCO2 são determinadas pela taxa de ventilação alveolar e pela taxa de transferência de oxigênio e dióxido de carbono através da membrana respiratória. Assim, quando há um desequilíbrio entre a ventilação e o fluxo, consideramos um conceito, chamado razão ventilação-perfusão (Va/Q = ventilação alveolar/fluxo sang.):
Quando Va/Q = 0 ( Va = 0, mas ainda há fluxo. Assim, o ar nos alvéolos entra em equilíbrio com o oxigênio e o dióxido de carbono no sangue venoso, a medida que ele se espalha pelos capilares. A PO2 é 40 mmHg e a PCO2 é 45mmHg. 
Quando Va/Q = infinito ( Q = 0, mas há ventilação adequada. O ar alveolar será quase igual ao ar inspirado umidificado, já que este não perde O2 e não ganhaCO2. A PO2 é 149mmHg e a PCO2 é 0. 
Quando Va/Q = normal ( a troca é quase ideal. A PÓ@ alveolar fica em 104mmHg (entre 40 e 149) e a PCO2 é de 40mmHg (entre 45 e 0).
Desvio Fisiológico (parte inferior do pulmão – menos ventilação que sangue)
Va/Q está abaixo do normal, havendo ventilação inadequada. Assim, uma fração do sangue que atravessa os capilares não se torna oxigenada, e é denominada sangue desviado. Desse também faz parte o sangue adicional que flui pelos vasos brônquicos. O montante quantitativo é o desvio fisiológico. Quanto maior o desvio, maior quantidade de sangue que não consegue ser oxigenada. 
Espaço morto fisiológico (parte superior do pulmão - ventilação
Quando a ventilação for grande, mas o fluxo é baixo. Há oxigênio disponível e a ventilação é disperdiçada. Essa, somada à área do espaço morto anatômico, dá o espaço morto fisiológico.