Fisiologia da Respiração

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FISIOLOGIA COMPARATIVA DA 
RESPIRAÇÃO 
RESPIRAÇÃO: soma dos processos pelos quais 
os gases respiratórios são transferidos 
entre ambiente e tecidos. 
METABOLISMO: processos que consomem 
substratos para geração de energia para 
realização das funções do organismo. 
CASCATA DE OXIGÊNIO 
• Respiração envolve DIFUSÃO 
OXIGÊNIO 
difusão de O2 e CO2 através 
das membranas celulares 
Respiração 
PROCESSO PASSIVO: DEPENDE DA 
EXISTÊNCIA DE UM Δ DE CONCENTRAÇÃO 
A FÍSICA DOS SISTEMA RESPIRATÓRIOS 
Para esquematizar as estratégias respiratórias dos 
animais é necessário o entendimento dos processos de 
DIFUSÃO, DISSOLUÇÃO E FLUXO DE MASSA. 
LEI DE FICK 
Taxa de difusão (quantidade de gás/ unidade de tempo = dQ/dt) = fluxo de massa 
Coeficiente de difusão – (índice de facilidade de difusão em um 
meio determinado) 
Área do local para a difusão 
Gradiente de 
concentração (dC) 
Espessura do local para a 
difusão (dx) 
A taxa de difusão será máxima quando o coeficiente de difusão, a 
área do local e o gradiente forem grandes, mas quando a distância de 
difusão for menor. 
O tempo de difusão aumenta com o quadrado da distância. 
O que determina a taxa de DIFUSÃO? 
como a TAXA DE DIFUSÃO pode ser otimizada? 
R aumenta se: 
• Aumentar área (A) da superfície respiratória. 
• Aumentar o gradiente de pressão (ΔP) através da 
superfície respiratória. 
• Diminuir a espessura (d) da superfície respiratória 
EXEMPLO 
Thunnus sp (atum de barbatana azul) 
- Podem percorrer mais de 100Km/dia. 
- Apresentam 8 vezes mais área de superfície branquial. 
- As brânquias são excepcionalmente delgadas (0,6 m contra 5 m 
de uma truta). 
- Apresentam VENTILAÇÃO FORÇADA OBRIGATÓRIA (3,6L/min 
isso é 7x maior que a taxa de trutas em repouso). 
 
A quantidade de gás dissolvido em um dado 
volume de água depende da pressão do gás na 
fase gasosa. 
[G] = Pgás x Sgás 
Concentração do gás 
dissolvido 
*Pressão parcial do gás na 
atmosfera acima do líquido 
Solubilidade 
específica do gás 
*Pressão parcial = número de 
moles do gás num dado volume a 
uma certa temperatura. 
LEI DE HENRY 
Para que um gás possa se difundir em uma célula, as moléculas 
desse gás, presente no ar, precisam dissolver-se no líquido (água 
ou fluido). E a temperatura é fator determinante. 
A Lei de Henry determina que uma quantidade de gás que irá 
dissolver-se em um líquido é determinada pela PRESSÃO PARCIAL 
do gás e pela sua capacidade de SOLUBILIDADE. 
 Pressão = solubilidade 
T° =  da solubilidade 
Salinidade = solubilidade 
LEI DE 
HENRY 
A LEI DE HENRY descreve como os GASES SE DISSOLVEM em líquidos! 
Nível do mar à 20°C 
No ar 
a concentração molar 
do O2 é de 9 mM 
Na água 
a concentração molar 
do O2 é de 0,3 mM 
UM ANIMAL QUE USA ÁGUA COMO MEIO RESPIRATÓRIO DEVE 
MOVER 30 VEZES MAIS LÍQUIDO ATRAVÉS DA SUA SUPERFÍCIE 
RESPIRATÓRIA DO QUE UM ORGANISMO QUE USA AR. 
NATUREZA DO GÁS (solubilidade característica) 
PRESSÃO DO GÁS NA FASE GASOSA 
TEMPERATURA 
PRESENÇA DE SOLUTOS 
SOLUBILIDADE dos gases na água depende: 
Solubilidade dos gases na água a 15°C a 1 atm de 
pressão 
CO2 é 30 X + solúvel que o O2 
CO2 é 60 X + solúvel que o N2 
•A solubilidade do gás  com  da temperatura. 
•A solubilidade do gás  com o  da concentração de 
solutos. 
50% 
Velocidade de 
difusão de um gás 
inversamente proporcional à 
raiz quadrada de seu peso 
molecular 
PM CO2 = 44 
PM O2 = 32 
O2 
(100 mmHg) 
CO2 
(100 mmHg) 
4,5 ml O2 
litro-1 
134 ml CO2 
litro-1 
O CO2 é mais pesado que o 
oxigênio, então ele difundi-se 
mais letamente, PORÉM, o CO2 
apresenta alta solubilidade na 
água. Assim, a quantidade de CO2 
que solubiliza é maior. 
Lei de Graham Taxa de difusão =  solubilidade / PM 
Taxa de difusão  = D x A x Pgás x Sgás 
X x PM 
A combinação da equação de Fick com as leis de Henry e Graham 
A uma temperatura constante: A taxa de difusão de um gás em um 
líquido é DIRETAMENTE proporcional: 
- Ao coeficiente de difusão (D); 
- À área de uma secção transversal (A) 
- Ao gradiente de pressão parcial (Pgás ) 
- À solubilidade (Sgás) 
E INVERSAMENTE proporcional: 
 - À distância de difusão (X) 
- À raiz quadrada do peso molecular do gás 
ÁGUA x AR 
• AR TEM 30 × + [O2] DO QUE A ÁGUA 
– [O2]  com o  T° e salinidade 
– AR É MAIS LEVE, MUITO FLUIDO, ÁGUA É DENSA 
E VISCOSA 
– PARA MOVIMENTAR A ÁGUA GASTA-SE + 
ENERGIA 
• ENTRETANTO, DURANTE A RESPIRAÇÃO AÉREA OS 
ANIMAIS PERDEM ÁGUA. 
COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO SECO 
 3000 m - humanos: redução no 
desempenho físico 
4500 m – limite para agropecuária 
4800 a 5500 – nômades do platô 
tibetano 
6000 m  a maioria dos humanos mal 
consegue sobreviver. 
Gênero Ochotona vive 
à 6000m 
Ganso índio (Anser 
indicus) voam à 9400m 
Efeito da altitude sobre a PO2 
Ao nível do mar - Pressão 
atmosférica = 760 mmHg 
6000 m de altitude - Pressão 
atmosférica = 380 mmHg 
Patm = 380 mmHg 
 PpO2 = 380 x 0,2094 
 79,57 mmHg 
Patm = 760 mmHg 
PO2 = 760 x 0,2094 
159 mmHg 
AS SUBSTÂNCIAS MOVEM ATRAVÉS DE LONGAS 
DISTÂNCIAS MUITO MAIS RAPIDAMENTE POR 
FLUXO DE MASSA DO QUE POR DIFUSÃO 
A TAXA METABÓLICA/GRAMA DE TECIDO DIMINUI 
CONFORME O TAMANHO AUMENTA 
O tempo para difusão aumenta com o quadrado da distância, 
isto é, a difusão ocorre rapidamente através de distâncias 
curtas, mas é extremamente lenta por longas distâncias 
t = x2/4D 
1. CIRCULAÇÃO DO MEIO EXTERNO PARA TODAS AS 
CÉLULAS 
2. DIFUSÃO DOS GASES ATRAVÉS DE TODA OU NA MAIOR 
PARTE DA SUPERFÍCIE CORPORAL, ACOMPANHADA POR 
TRANSPORTE DE GASES EM UM SISTEMA CIRCULATÓRIO 
INTERNO 
3. DIFUSÃO ATRAVÉS DE UMA SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA 
ESPECIALIZADA ACOMPANHADA DE TRANSPORTE 
CIRCULATÓRIO. 
TIPOS DE SISTEMAS RESPIRATÓRIOS 
TIPOS DE ÓRGÃOS RESPIRATÓRIOS DOS 
ANIMAIS 
SUPERFÍCIE RESPIRATÓRIA 
 delgada 
úmida 
vascularizada 
BRANQUIAS 
PULMÕES 
TRAQUÉIA 
TIPOS DE ÓRGÃOS 
RESPIRATÓRIOS 
DOS ANIMAIS 
Superfícies respiratórias 
1. Difusão através do epitélio 
2. Circulação de água ou ar através do corpo sem sistema circulatório interno 
3. Difusão através do epitélio + sistema circulatório interno 
4. Circulação de água ou ar através do corpo + sistema circulatório interno 
VENTILAÇÃO 
- A ventilação reduz a formação da camada limite (região de O2 depletado). 
- Pode haver ventilação passiva, mas a maioria ventila ativamente. 
 
- VENTILAÇÃO NÃO-DIRECIONAL – o meio flui, 
passando pela superfície de troca sem direcionamento. 
(ex. brânquia externa ou respiração cutânea) 
 
- VENTILAÇÃO BIDIRECIONAL – o meio flui para 
dentro e para fora da câmara respiratória (vertebrados 
terrestres – exceto aves). 
- VENTILAÇÃO UNIDIRECIONAL (circuito) – o meio 
entra na câmara respiratória por um ponto e sai por 
outro, flui numa única direção. (ex. peixes, aves) 
QUANDO OCORRE ALTERAÇÃO NA CONCENTRAÇÃO DE O2 NO 
AMBIENTE OU DE DEMANDA METABÓLICA, OS ANIMAIS 
ALTERAM A TAXA DE VENTILAÇÃO, MAS NÃO A DIREÇÃO DO 
FLUXO. 
 
- A água contém 30x menos O2 que o ar, assim os animais de 
respiração aquática precisam ventilar suas superfícies respiratórias 
30x mais. 
  A maioria dos animais aquáticos, usam ventilação 
unidirecional, para aumentar a eficiência na captação de O2, devido 
à viscosidade e densidade da água. 
- A ventilação unidirecional torna possível o eficiente mecanismo de 
contracorrente para captação de O2. 
- Aalta taxa de ventilação necessária para captar O2 na água é 
mais que suficiente para eliminar o CO2 produzido, que apresenta 
maior solubilidade. 
PERFUSÃO 
- Os sistema circulatórios movem os FLUIDOS CORPÓREOS POR 
FLUXO DE MASSA pelo corpo, permitindo que o O2 seja transportado 
por longas distâncias com rapidez e eficiência. 
- Se a VENTILAÇÃO NÃO-DIRECIONAL não for eficiente, pode 
haver formação da camada limite. 
- Na VENTILAÇÃO BIDIRECIONAL em geral ocorre mistura do ar 
inspirado com o residual. 
- Já com a VENTILAÇÃO UNIDIRECIONAL o sangue pode fluir por 
3 caminhos relativos ao fluxo do meio. 
• Respiração envolve DIFUSÃO 
difusão de O2 e CO2 através 
das membranas celulares 
PROCESSO PASSIVO: DEPENDE DA 
EXISTÊNCIA DE UM Δ DE CONCENTRAÇÃO 
IMPORTANTE: SOMENTE AS MOLÉCULAS LIVRES 
NA SOLUÇÃO CONTRIBUEM PARA A PRESSÃO 
PARCIAL. 
Fluxo concorrente Fluxo contracorrente 
Fluxo corrente 
cruzada 
É a média