fisiologia do sistema respiratório

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fisiologia
sistema respiratório
INSPIRAÇÃO: movimento de ar do meio externo através das vias respiratórias para os alvéolos durante a respiração. EXPIRAÇÃO: movimento do ar de dentro dos alvéolos pelas vias respiratórias para fora.
INSPIRAÇÃO + EXPIRAÇÃO = CICLO RESPIRATÓRIO.
VIAS RESPIRATÓRIAS E VASOS SANGUÍNEOS 
Nariz ou boca > faringe > laringe (VIAS AÉREAS SUPERIORES) > traqueia > brônquios > bronquíolos > bronquíolos terminais > bronquíolos respiratórios > sacos alveolares.
As vias respiratórias depois da laringe podem ser divididas em duas zonas: a zona de condução, que estende-se do alto da traqueia até o início dos bronquíolos respiratórios, não contém alvéolos e não realiza troca gasosa com o sangue. E a zona respiratória, que estende-se a partir dos bronquíolos respiratórios para baixo e contem alvéolos, é a região onde há trocas gasosas.
	FUNÇÕES DA ZONA DE CONDUÇÃO DAS VIAS RSPIRATÓRIAS
	Fornece uma via de baixa resistência para o fluxo de ar. A resistência é fisiologicamente regulada por alterações na contração do músculo liso bronquiolar e por forças físicas que atuam sobre as vias respiratórias
	Aquece, umedece e filtra o ar
	Participa na produção de sons (cordas vocais)
As cavidades oral e nasal retêm partículas transportadas pelo ar nos pelos nasais e no muco. As superfícies epiteliais das vias respiratórias até o final dos bronquíolos respiratórios contêm cílios, que se movimentam constantemente para cima, em direção à faringe. Os cílios são banhados por uma camada de solução salina que é produzida pelas células epiteliais quando o Cl é secretado para o lúmen por canais de ânions apicais que atraem Na para o lúmen através da via paracelular. 
Essas superfícies também contêm glândulas e células epiteliais caliciformes individuais que secretam muco, bem como macrófagos, capazes de fagocitar patógenos inalados. A matéria particulada, como a poeira contida no ar inspirado, adere ao muco, que é movido de contínua e lentamente pelos cílios até a faringe e, em seguida, deglutido. Esse processo, chamado processo em escada rolante do muco, é importante para manter os pulmões livres de matéria particulada e das numerosas bactérias que entram no corpo com as partículas de poeira. 
A atividade ciliar e o número de cílios podem ser reduzidos por numerosos agentes nocivos, incluindo a fumaça no tabagismo crônico. Esse é o motivo pelo qual os fumantes frequentemente tossem, expelindo muco que os cílios normalmente teriam eliminado.
O epitélio das vias respiratórias também secreta um líquido aquoso sobre o qual o muco pode se mover livremente. A produção desse líquido está comprometida na doença denominada fibrose cística (FC), a doença genética letal mais comum entre caucasianos, na qual a camada de muco torna-se espessa e desidratada, causando obstrução das vias respiratórias. A FC é causada por uma mutação autossômica recessiva em um canal de cloreto epitelial, denominado regulador da condutância transmembrana da FC (CFTR). Isso resulta em problemas com o movimento de íons e de água através das membranas celulares, levando ao espessamento das secreções e a uma alta incidência de infecção pulmonar.
Os vasos sanguíneos pulmonares acompanham as vias respiratórias e também sofrem numerosas ramificações. Os menores desses vasos ramificam-se em redes de capilares, que suprem ricamente os alvéolos. A circulação pulmonar possui uma resistência muito baixa ao fluxo de sangue em comparação com a circulação sistêmica, e, por esse motivo, as pressões dentro de todos os vasos sanguíneos pulmonares são baixas. Essa é uma importante adaptação que reduz ao máximo o acúmulo de líquido nos espaços intersticiais dos pulmões
Forças de Starling. Em resumo, forças opostas atuam para mover o líquido através da parede capilar: 
(1) a diferença entre a pressão hidrostática do sangue capilar e a pressão hidrostática do líquido intersticial favorece a filtração para fora do capilar; 
(2) a diferença de concentração de água entre o plasma e o líquido intersticial, que resulta da diferença na concentração de proteínas, favorece a absorção de líquido intersticial para dentro do capilar. Por conseguinte, a pressão de filtração efetiva (PFE) depende diretamente da soma algébrica de quatro variáveis: a pressão hidrostática capilar, Pc (que favorece o movimento de líquido para fora do capilar); a pressão hidrostática intersticial, πLI (que favorece o movimento de líquido para dentro do capilar); a força osmótica devido à concentração plasmática de proteínas, πc (que favorece o movimento de líquido para dentro do capilar); e a força osmótica devido à concentração de proteínas do líquido intersticial, pLI (que favorece o movimento de líquido para fora do capilar). Quando expresso matematicamente,
PFE = Pc + πLI – PLI – πc
A pressão hidrostática é uma força exercida pelos líquidos que tende a expulsar o líquido de seu compartimento. A pressão oncótica é uma força que atrai água para o compartimento. Ambas as pressão existem nos dois compartimentos: intravascular e intersticial. A resultante entre elas é que determina se o líquido irá entrar ou sair de cada compartimento.
O principal objetivo do deslocamento de fluido pela parede capilar é o de levar nutrientes aos tecidos e dele retirar produtos do metabolismo da célula – como o CO2.
FUNÇÕES DO SISTEMA RESPIRATÓRIO
1. Troca de gases entre a atmosfera e o sangue. O corpo traz o O2 e o distribui para os tecidos, eliminando o CO2 produzido pelo metabolismo. 
2. Regulação homeostática do pH do corpo. Os pulmões podem alterar o pH corporal retendo ou eliminando seletivamente o CO2. 
3. Proteção contra patógenos e substâncias irritantes inalados. Assim como todos os outros epitélios que têm contato com o meio externo, o epitélio respiratório é bem suprido com mecanismos de defesa que aprisionam e destroem substâncias potencialmente nocivas antes que elas possam entrar no corpo. 
4. Vocalização. O ar move-se através das pregas vocais, criando vibrações usadas para falar, cantar e outras formas de comunicação.
A respiração externa pode ser subdividida em quatro processos integrados
1. A troca de ar entre a atmosfera e os pulmões. Este processo é conhecido como ventilação, ou respiração. Inspiração (inalação) é o movimento do ar para dentro dos pulmões. Expiração (exalação) é o movimento de ar para fora dos pulmões. Os mecanismos pelos quais a ventilação ocorre são chamados coletivamente de mecânica da respiração. 
2. A troca de O2 e de CO2 entre os pulmões e o sangue. 
3. O transporte de O2 e CO2 pelo sangue.
4. A troca de gases entre o sangue e as células
Local das trocas gasosas: alvéolos
Os alvéolos são minúsculos sacos ocos, cujas extremidades abertas são contínuas com os lumens das vias respiratórias. Tipicamente, o ar em dois alvéolos adjacentes é separado por uma única parede alveolar. A maior parte da superfície da parede em contato com o ar é revestida por uma camada contínua com espessura de uma única célula, constituída por células epiteliais planas, denominadas células alveolares tipo I. Intercaladas entre essas células estão células especializadas mais espessas, denominadas células alveolares tipo II, que produzem uma substância semelhante a um detergente, denominada surfactante, a qual é importante para impedir o colapso dos alvéolos. As células tipo II também ajudam a minimizar a quantidade de líquido presente nos alvéolos, transportando solutos e água para fora do espaço aéreo alveolar. 
As paredes finas do alvéolo não contêm músculo, uma vez que as fibras musculares poderiam bloquear a rápida troca gasosa. Como resultado, o próprio tecido pulmonar não pode se contrair. Entretanto, o tecido conectivo entre as células epiteliais alveolares contém muitas fibras de colágeno e de elastina que criam a energia potencial elástica quando o tecido pulmonar é estirado.
Em muitos locais, o espaço intersticial está ausente, e as membranas basais do epitélio de superfície alveolar e do endotélioda parede dos capilares se fundem. Em virtude desse arranjo anatômico singular, o sangue dentro de um capilar da parede alveolar é separado do ar dentro do alvéolo por uma barreira extremamente fina (0,2 μm, em comparação com o diâmetro de 7 μm de um eritrócito de tamanho médio). A área de superfície total dos alvéolos em contato com os capilares tem aproximadamente o tamanho de uma quadra de tênis. Essa extensa área e a finura da barreira possibilitam a rápida troca de grandes quantidades de oxigênio e de dióxido de carbono por difusão. 
Esses são exemplos excelentes de dois dos princípios gerais de fisiologia: os processos fisiológicos exigem a transferência e o equilíbrio de materiais (nesse caso, oxigênio e dióxido de carbono) e energia entre compartimentos; a estrutura (nesse caso, a finura da barreira de difusão e a enorme área de superfície para troca gasosa) é um determinante da função e coevoluiu com ela (a transferência de oxigênio e de dióxido de carbono entre o ar alveolar e o sangue nos capilares pulmonares).
Relação dos pulmões com a parede torácica
Os pulmões, assim como o coração, estão situados no tórax, o compartimento do corpo entre o pescoço e o abdome. O tórax é um compartimento fechado, delimitado no pescoço por músculos e tecido conjuntivo, e totalmente separado do abdome por uma grande lâmina de músculo esquelético em formato de cúpula, denominada diafragma (ver Figura 13.1). A parede do tórax é formada pela coluna vertebral, pelas costelas, pelo esterno e por vários grupos de músculos que se estendem entre as costelas, chamados coletivamente de músculos intercostais. A parede torácica também contém grandes quantidades de tecido conjuntivo com propriedades elásticas.
Cada pulmão é rodeado por um saco pleural de parede dupla, cujas membranas forram o interior do tórax e cobrem a superfície externa dos pulmões. Cada membrana pleural, ou pleura, é formada por muitas camadas de tecido conectivo elástico e um grande número de capilares. As camadas opostas da membrana pleural são mantidas unidas por uma fina camada de líquido pleural, cujo volume total é de somente cerca de 25 a 30 mL em um homem de 70 Kg.
A relação entre um pulmão e o seu saco pleural pode ser visualizada imaginando-se o que ocorre quando você empurra o seu punho para dentro de um balão cheio de líquido. O braço representa o brônquio principal que leva ao pulmão, o punho é o pulmão e o balão é o saco pleural. O punho torna-se revestido por uma superfície do balão. Além disso, o balão é empurrado de volta sobre ele próprio, de modo que as suas superfícies opostas ficam próximas uma da outra, porém ainda separadas por uma fina camada de líquido.
O líquido pleural tem vários propósitos. Primeiro, ele cria uma superfície úmida e escorregadia para que as membranas opostas possam deslizar uma sobre a outra enquanto os pulmões se movem dentro do tórax. Segundo, ele mantém os pulmões aderidos à parede torácica. A ocorrência de mudanças na pressão hidrostática do líquido intrapleural – a pressão intrapleural (Pip) – faz com que os pulmões e a parede torácica se movimentem para dentro e para fora durante a respiração normal.
LEIS DOS GASES
A lei de Dalton afirma que a pressão total exercida por uma mistura de gases é a soma das pressões exercidas pelos gases individualmente. A pressão de um único gás em uma mistura é conhecida como pressão parcial (Pgás). A pressão exercida por um gás individual é determinada somente por sua abundância relativa na mistura e é independente do tamanho ou da massa molecular do gás.
A lei de Boyle diz que, se o volume de gás é reduzido, a pressão aumenta. Se o volume aumenta, a pressão diminui.
P1V1 = P2V2
No sistema respiratório, mudanças no volume da cavidade torácica durante a ventilação causam gradientes de pressão que geram fluxo de ar. Quando o volume do tórax aumenta, a pressão alveolar diminui, e o ar flui para dentro do sistema respiratório. Quando o volume do tórax diminui, a pressão alveolar aumenta, e o ar flui para a atmosfera
Ventilação e mecânica PULMONAR
A ventilação é definida como a troca de ar entre a atmosfera e os alvéolos. À semelhança do sangue, o ar se move por fluxo de massa de uma região de alta pressão para uma região de baixa pressão. 
O fluxo (F) é proporcional à diferença de pressão (ΔP) entre dois pontos e inversamente proporcional à resistência (R). Para entrada ou saída do fluxo de ar dos pulmões, as pressões relevantes são a pressão dos gases nos alvéolos – a pressão alveolar (Palv) – e a pressão gasosa no nariz e na boca, normalmente a pressão atmosférica (Patm), que é a pressão do ar que circunda o corpo:
F = ΔP/R
F = (Palv – Patm)/R
Durante a ventilação, o ar se move para dentro e para fora dos pulmões, visto que a pressão alveolar é alternadamente menor e maior do que a pressão atmosférica, um valor negativo reflete um gradiente de pressão dirigido para dentro, enquanto um valor positivo indica um gradiente dirigido para fora. Por conseguinte, quando a Palv é menor do que a Patm, Palv – Patm é negativa, e o fluxo de ar é dirigido para dentro (inspiração). Quando a Palv é maior do que a Patm, Palv – Patm é positiva, e o fluxo de ar é dirigido para fora (expiração). Essas alterações da pressão alveolar são causadas por mudanças nas dimensões da parede torácica e dos pulmões.
 
Não existem músculos fixados à superfície dos pulmões para tracioná-los e abri-los ou para empurrá-los e fechá-los. Em vez disso, os pulmões são estruturas elásticas e passivas – como os balões de ar – e, por conseguinte, seu volume depende de outros fatores. O primeiro deles é a diferença de pressão entre o interior e o exterior do pulmão, denominada pressão transpulmonar (Ptp). O segundo fator é o grau de distensibilidade dos pulmões, que determina a extensão de sua expansão para uma determinada mudança da Ptp.
A pressão no interior dos pulmões é a pressão de ar dentro dos alvéolos (Palv), enquanto a pressão fora dos pulmões é a pressão do líquido intrapleural que circunda os pulmões (Pip).
PRESSÃO TRANSPULMONAR = Palv - Pip
A pressão transpulmonar é a pressão transmural que governa as propriedades estáticas dos pulmões. Transmural significa “através de uma parede” e, por convenção, é representada pela pressão no interior da estrutura (Pin) menos a pressão fora da estrutura (Pex). A insuflação de uma estrutura semelhante a um balão, como os pulmões, exige um aumento da pressão transmural, de modo que a Pin aumente em relação à Pex.
 A pressão transmural que atua sobre os pulmões (Ptp) é igual a Palv – Pip e, sobre a parede torácica, (Ppt) é igual a Pip – Patm. Os músculos da parede torácica sofrem contração e provocam a expansão da parede torácica durante a inspiração; simultaneamente, ocorre contração do diafragma para baixo, aumentando ainda mais a cavidade torácica. À medida que o volume da cavidade torácica se expande, a Pip diminui. Em consequência, a Ptp torna-se mais positiva e ocorre expansão dos pulmões. Nesse processo, a Palv torna-se mais negativa em comparação com a Patm (em virtude da lei de Boyle), e o ar flui para dentro (inspiração, equação 13.2). Por conseguinte, a pressão transmural através dos pulmões (Ptp) é aumentada para enchê-los de ar por meio da redução ativa da pressão que circunda os pulmões (Pip) em relação à pressão existente dentro dos pulmões (Palv). Quando ocorre relaxamento dos músculos respiratórios, a retração elástica dos pulmões impulsiona a expiração passiva de volta ao ponto de início.
PRESSÕES TRANSMURAIS
	PRESSÃO TRANSMURAL
	Pin – Pex 
	VALOR EM REPOUSO
	EXPLICAÇÃO
	TRANSPULMONAR (Ptp)
	Palv - Pip
	4
	Diferença de pressão que mantém os pulmões abertos (opõe-se à retração elástica do pulmão para dentro)
	PAREDE TORÁCICA (Ppt)
	Pip - Patm
	-4
	Diferença de pressão que mantém a parede torácica para dentro (opõe-se à retração elástica da parede torácica para fora)
Nofinal de uma expiração não forçada, quando os músculos respiratórios estão relaxados, e não há nenhum fluxo de ar. Por definição, se não houver nenhum fluxo de ar e as vias respiratórias estiverem abertas para a atmosfera, Palv precisa ser igual a Patm (ver a equação 13.2). Como os pulmões sempre possuem ar em seu interior, a pressão transmural dos pulmões (Ptp) precisa ser sempre positiva; por conseguinte, Palv > Pip. Em repouso, quando não há fluxo de ar e a Palv = 0, Pip precisa ser negativa, proporcionando a força que mantém os pulmões abertos e a parede torácica para dentro.
As forças que fazem com a Pip seja negativa: A primeira, a retração elástica dos pulmões, é definida como a tendência de uma estrutura elástica a se opor ao estiramento ou distorção. Mesmo em repouso, os pulmões contêm ar, e a sua tendência natural é colapsar em virtude da retração elástica. Os pulmões são mantidos abertos pela Ptp positiva, que, em repouso, opõe-se exatamente à retração elástica. Em segundo lugar, a parede torácica também possui retração elástica e, em repouso, a sua tendência natural é expandir-se. Em repouso, essas pressões transmurais opostas equilibram-se umas com as outras.
Como os pulmões tendem a sofrer colapso e a parede torácica tende a se expandir, eles apenas se movem muito levemente, afastando-se um do outro. Isso produz um aumento infinitesimal do espaço intrapleural preenchido de líquido entre eles. Todavia, o líquido não pode se expandir da mesma maneira que o ar, de modo que até mesmo esse aumento mínimo do espaço intrapleural – tão pequeno que as superfícies pleurais ainda permanecem em contato entre si – diminui a pressão intrapleural abaixo da pressão atmosférica. Dessa maneira, a retração elástica tanto dos pulmões como da parede torácica cria a pressão intrapleural subatmosférica que os mantém separados por uma distância extremamente pequena.
 O ar atmosférico penetra no espaço intrapleural através da ferida, um fenômeno denominado pneumotórax, e a pressão intrapleural aumenta de –4 mmHg para 0 mmHg. Ou seja, a Pip aumenta 4 mmHg abaixo da Patm para um valor de Pip igual à Patm. A pressão transpulmonar que atua para manter o pulmão aberto é eliminada, e o pulmão sofre colapso Ao mesmo tempo, a parede torácica move-se para fora, visto que a sua retração elástica não sofre mais oposição.
MÚSCULOS e caixa torácica
Os músculos primários envolvidos na respiração espontânea (respiração em repouso) são o diafragma, os intercostais externos e os escalenos. Durante a respiração forçada, outros músculos do tórax e do abdome podem ser requisitados a auxiliar. Exemplos de situações fisiológicas nas quais a respiração é forçada incluem exercícios, tocar um instrumento de sopro e soprar um balão.
INSPIRAÇÃO:
O volume torácico aumenta quando certos músculos esqueléticos da caixa torácica e o diafragma se contraem. Quando o diafragma contrai, ele desce em direção ao abdome. Na respiração tranquila, o diafragma move-se cerca de 1,5 cm, aumentando o volume torácico. A contração do diafragma causa de 60 a 75% da modificação do volume inspiratório durante uma respiração espontânea normal. O movimento da caixa torácica cria os 25 a 40% restantes da modificação do volume. Durante a inalação, os músculos intercostais externos e escalenos contraem e tracionam as costelas para cima e para fora. O movimento das costelas durante a inspiração tem sido comparado a uma ação de alavanca, que eleva toda a caixa torácica (as costelas movem-se para cima e para longe da coluna), e também com um movimento de alça de balde, uma vez que há um aumento da distância lateral entre as paredes do balde (as costelas movem-se para fora). A combinação desses dois movimentos amplia a caixa torácica em todas as direções. À medida que o volume torácico aumenta, a pressão diminui, e o ar flui para dentro dos pulmões.
Os escalenos devem contribuir para a inspiração, levantando o esterno e as costelas superiores.
mecanismo da inspiração e expiração
Tempo 0. Na breve pausa entre as respirações, a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica (0 mmHg no ponto A1). Quando as pressões são iguais, não há fluxo de ar. 
Tempo 0 a 2 segundos: inspiração. Quando a inspiração inicia, os músculos inspiratórios contraem, e o volume torácico aumenta. Com o aumento do volume, a pressão alveolar diminui cerca de 1 mmHg abaixo da pressão atmosférica (1 mmH ponto A2), e o ar flui para dentro dos alvéolos (ponto C1 a C2). 
A mudança do volume torácico ocorre mais rapidamente do que a velocidade do ar fluindo para dentro dos pulmões, e, assim, a pressão alveolar atinge o seu valor mais baixo no meio do processo de inspiração (ponto A2). Como o ar continua a fluir para dentro dos alvéolos, a pressão aumenta até a caixa torácica parar de expandir-se, imediatamente antes do término da inspiração. O movimento do ar continua por mais uma fração de segundo, até que a pressão dentro dos pulmões se iguala à pressão atmosférica (ponto A3). Ao término da inspiração, o volume pulmonar está no seu valor máximo no ciclo respiratório (ponto C2), e a pressão alveolar é igual à pressão atmosférica.
Ao final da inspiração, os impulsos dos neurônios motores somáticos para os músculos inspiratórios cessam, e os músculos relaxam. A retração elástica dos pulmões e da caixa torácica leva o diafragma e as costelas para as suas posições originais relaxadas, da mesma maneira que um elástico esticado retorna ao seu tamanho original quando é solto. Devido ao fato de a expiração durante a respiração em repouso envolver a retração elástica passiva, em vez da contração muscular ativa, ela é chamada de expiração passiva.
Tempo 2 a 4 segundos: expiração. Como os volumes pulmonares e torácicos diminuem durante a expiração, a pressão de ar nos pulmões aumenta, atingindo cerca de 1 mmHg acima da pressão atmosférica (Fig. 17.9, ponto A4). A pressão alveolar é agora maior do que a pressão atmosférica, de modo que o fluxo de ar se inverte, e o ar move-se para fora dos pulmões. Tempo 4 segundos. No final da expiração, o movimento de ar cessa quando a pressão alveolar novamente se iguala à pressão atmosférica (ponto A5). O volume pulmonar atinge o seu valor mínimo dentro do ciclo respiratório (ponto C3). Nesse ponto, o ciclo respiratório terminou e está pronto para ser iniciado novamente com a próxima respiração.
A expiração ativa usa os músculos intercostais internos e os músculos abdominais, os quais não são utilizados durante a inspiração.
Qualquer doença neuromuscular que enfraqueça os músculos esqueléticos ou lesione seus neurônios motores pode afetar a ventilação. Com a diminuição da ventilação, menos ar “novo” entra nos pulmões. Além disso, a perda da habilidade de tossir aumenta o risco de pneumonia e de outras infecções
Neurônios motores nos nervos frênicos que inervam o diafragma
complacência
Como já dissemos, o grau de expansão do pulmão é, em qualquer momento, proporcional à pressão transpulmonar, Palv – Pip. Entretanto, o grau exato com que determinada alteração da pressão transpulmonar expande os pulmões depende da distensibilidade ou complacência dos pulmões. A complacência pulmonar (CL) ( do inglês, lung compliance) é definida como a magnitude da alteração do volume pulmonar (ΔVL) produzida por uma determinada mudança na pressão transpulmonar.
Quanto maior a complacência pulmonar, mais fácil a expansão dos pulmões em qualquer mudança determinada da pressão transpulmonar, A complacência pode ser considerada o inverso da rigidez. Uma baixa complacência pulmonar significa que uma pressão transpulmonar maior do que o normal precisa ser desenvolvida pelo pulmão para produzir determinado grau de expansão pulmonar. Em outras palavras, quando a complacência pulmonar está anormalmente baixa (aumento da rigidez), a pressão intrapleural precisa ficar mais subatmosférica do que o habitual durante a inspiração para produzir a expansão pulmonar. Isso exige contrações mais vigorosas do diafragma e dos músculos intercostais inspiratórios. Quanto menos complacentefor o pulmão, mais energia será necessária para produzir determinado grau de expansão. Os indivíduos com baixa complacência pulmonar graças à presença de doença tendem a respirar superficialmente e em maior frequência, de modo a inspirar um volume adequado de ar. Isso minimiza o trabalho da respiração.
Determinantes da complacência pulmonar. Existem dois determinantes principais da complacência pulmonar. Um deles é a distensibilidade dos tecidos pulmonares, particularmente dos tecidos conjuntivos elásticos. Por conseguinte, qualquer espessamento que ocorra nos tecidos pulmonares diminuirá a complacência pulmonar. Entretanto, um determinante da complacência pulmonar igualmente ou talvez mais importante é a tensão superficial nas interfaces ar–água dentro dos alvéolos.
tensão superficial e surfactante.
A superfície interna das células alveolares é úmida, de modo que os alvéolos podem ser representados como sacos preenchidos de ar e revestidos por uma camada de líquido. Em uma interface ar–água, as forças de atração entre as moléculas de água, conhecidas como tensão superficial, fazem com que o revestimento aquoso seja semelhante a um balão distendido, que constantemente tende a se encolher e resiste à distensão adicional. Por conseguinte, a expansão do pulmão exige energia não apenas para distender o tecido conjuntivo do pulmão, mas também para superar a tensão superficial da camada de água que reveste os alvéolos 
Com efeito, a tensão superficial da água pura é tão grande que, se os alvéolos fossem revestidos por água pura, a expansão dos pulmões exigiria um esforço muscular exaustivo e os pulmões tenderiam a sofrer colapso. Por conseguinte, é de suma importância que as células alveolares tipo II secretem a substância semelhante a detergente mencionada anteriormente, denominada surfactante, que reduz acentuadamente as forças de coesão entre as moléculas de água na superfície alveolar. O resultado final é que o surfactante diminui a tensão superficial, o que aumenta a complacência pulmonar e facilita a expansão dos pulmões.
O surfactante é uma mistura de lipídios e proteínas, porém seu principal componente é um fosfolipídio que introduz sua extremidade hidrofílica na camada de água que reveste os alvéolos; suas extremidades hidrofóbicas formam uma camada monomolecular entre o ar e a água na superfície alveolar. A quantidade de surfactante tende a diminuir quando as respirações são pequenas e constantes. Uma respiração profunda, que os indivíduos normalmente intercalam com frequência em seu padrão respiratório, distende as células tipo II, o que estimula a secreção do surfactante
A Lei de Laplace descreve a relação entre a pressão (P), a tensão superficial (T) e o raio (r) de um alvéolo. À medida que o raio de um alvéolo diminui, a pressão no seu interior aumenta. Imagine agora dois alvéolos, um do lado do outro, compartilhando um ducto alveolar. O raio do alvéolo a (ra) é maior do que o raio do alvéolo b (rb). Se a tensão superficial (T) fosse equivalente entre esses dois alvéolos, o alvéolo b teria uma pressão mais alta do que o alvéolo (a) pela Lei de Laplace. Se a Pb for mais alta do que a Pa, o ar fluirá do alvéolo b para dentro do alvéolo a, e ocorrerá colapso do alvéolo b. Por conseguinte, os pequenos alvéolos seriam instáveis e sofreriam colapso em grandes alvéolos. Outra propriedade importante do surfactante consiste em estabilizar os alvéolos de diferentes tamanhos ao alterar a tensão superficial, dependendo da área de superfície do alvéolo. À medida que um alvéolo torna-se menor, as moléculas de surfactante em sua superfície interna espalham-se menos, reduzindo, dessa maneira, a tensão superficial. A diminuição da tensão superficial ajuda a manter uma pressão, nos alvéolos menores, igual à dos alvéolos maiores. Isso confere estabilidade aos alvéolos de diferentes tamanhos.
RESISTÊNCIA DAS VIAS RESPIRATÓRIAS
 Os fatores que determinam a resistência das vias respiratórias são análogos aos que determinam a resistência vascular no sistema circulatório: o comprimento do tubo, seu raio e as interações das moléculas em movimento (moléculas de gás, nesse caso). Fatores físicos, neurais e químicos afetam os raios das vias respiratórias e, portanto, a resistência. 
Um importante fator físico é a pressão transpulmonar, que exerce força de distensão sobre as vias respiratórias e os alvéolos. Trata-se de um importante fator que impede o colapso das vias respiratórias menores – aquelas que não possuem cartilagem para sustentação. Como a pressão transpulmonar aumenta durante a inspiração (ver Figura 13.13), o raio das vias respiratórias torna-se maior e sua resistência, menor à medida que os pulmões se expandem durante a inspiração. O processo oposto ocorre durante a expiração.
Um segundo fator físico que mantém as vias respiratórias abertas é constituído pelas fibras de tecido conjuntivo elástico, que ligam a parte externa das vias respiratórias ao tecido alveolar circundante. Essas fibras são tracionadas à medida que os pulmões se expandem durante a inspiração; por sua vez, eles ajudam a tracionar as vias respiratórias e a mantê-las ainda mais abertas do que entre as respirações. Esse processo é denominado tração lateral. Tanto a pressão transpulmonar quanto a tração lateral atuam no mesmo sentido, diminuindo a resistência das vias respiratórias durante a inspiração.
Tais fatores físicos também explicam por que as vias respiratórias se tornam mais estreitas e a resistência das vias respiratórias aumenta durante a expiração forçada. A elevação da pressão intrapleural comprime as pequenas vias respiratórias de condução e diminui seus raios. Portanto, graças ao aumento da resistência das vias respiratórias, existe um limite para quanto alguém pode aumentar a taxa do fluxo de ar durante uma expiração forçada, independentemente da intensidade do esforço. Quanto maior a força exercida, maior a compressão das vias respiratórias, limitando ainda mais o fluxo de ar expiratório.
Além desses fatores físicos, diversos fatores neuroendócrinos e parácrinos podem influenciar o músculo liso das vias respiratórias e, portanto, a resistência dessas vias.
Cerca de 90% da resistência das vias aéreas, em geral, podem ser atribuídos à traqueia e aos brônquios, estruturas rígidas com a menor área de secção transversal total.
Asma. 
A asma é uma doença caracterizada por episódios intermitentes durante os quais ocorre forte contração do músculo liso das vias respiratórias, aumentando acentuadamente sua resistência. O defeito básico na asma consiste em inflamação crônica das vias respiratórias, cujas causas variam de pessoa para pessoa e incluem, entre outras condições, alergia, infecções virais e sensibilidade a fatores ambientais. A inflamação subjacente torna o músculo liso das vias respiratórias hiper-responsivo, causando a sua forte contração em resposta a diversos fatores, como exercício (particularmente no ar frio e seco), fumaça de tabaco, poluentes ambientais, vírus, alergênios, substâncias químicas broncodilatadoras normalmente liberadas e uma variedade de outros fatores desencadeantes potenciais
Doença pulmonar obstrutiva crônica
Nessas condições, a energia necessária para estirar os pulmões menos complacentes pode exceder muito o trabalho respiratório normal. Duas causas comuns de diminuição da complacência são o tecido cicatricial não elástico formado em doenças pulmonares fibróticas e a produção alveolar inadequada de surfactante, uma substância química que facilita a expansão do pulmão. A fibrose pulmonar é caracterizada pelo desenvolvimento de tecido fibroso cicatricial rígido que restringe a insuflação pulmonar.
Volumes e capacidades pulmonares
Em condições normais, o volume de ar que entra nos pulmões durante uma única inspiração – volume corrente (Vc) – é aproximadamente igual ao volume que sai dos pulmões na expiração subsequente. O volume corrente durante a respiração tranquila normal – volume corrente em repouso – é de aproximadamente 500 mℓ, dependendo do tamanho do corpo.Conforme ilustrado na Figura 13.18, a quantidade máxima de ar que pode ser acrescentada acima desse valor durante uma inspiração mais profunda – volume de reserva inspiratório (VRI) – é de cerca de 3.000 mℓ –, ou seja, 6 vezes maior do que o volume corrente em repouso.
Após a expiração de um volume corrente em repouso, os pulmões ainda contêm um grande volume de ar. Conforme descrito anteriormente, essa é a posição dos pulmões e da parede torácica em repouso, quando não há nenhuma contração dos músculos respiratórios; essa quantidade de ar – capacidade residual funcional (CRF) – é, em média, de 2.400 mℓ. Os 500 mℓ de ar inspirados a cada respiração em repouso são acrescentados ao volume muito maior de ar já existente nos pulmões e misturam-se com ele; em seguida, 500 mℓ desse total são expirados. Por meio de contração ativa máxima dos músculos expiratórios, é possível expirar uma quantidade muito maior do ar que permanece após a expiração do volume corrente em repouso. Esse volume expirado adicional – volume de reserva expiratório (VRE) – é de cerca de 1.200 mℓ. Mesmo após uma expiração ativa máxima, cerca de 1.200 mℓ de ar ainda permanecem nos pulmões – volume residual (VR). Por conseguinte, os pulmões nunca estão totalmente vazios, sem ar.
A capacidade vital (CV) é o volume máximo de ar que um indivíduo pode expirar depois de uma inspiração máxima. Nessas condições, o indivíduo está expirando tanto o volume corrente em repouso quanto o volume de reserva inspiratório que acabou de inspirar, mais o volume de reserva expiratório (ver Figura 13.18). Em outras palavras, a capacidade vital é a soma desses três volumes e constitui uma medida importante quando se avalia a função pulmonar. 
VENTILAÇÃO ALVEOLAR
A ventilação total por minuto – ventilação minuto  – é igual ao volume corrente multiplicado pela frequência respiratória
Ventilação pulmonar total = frequência ventilatória X volume corrente
A frequência ventilatória normal para um adulto é de 12 a 20 respirações (ciclos ventilatórios) por minuto. Utilizando-se o volume corrente médio (500 mL) e a frequência ventilatória menor, temos:
Ventilação pulmonar total = 12 ciclos/min X 500 mL/ciclos = 6.000 mL/min = 6 L/min
A ventilação pulmonar total representa o movimento físico do ar para dentro e para fora do trato respiratório, mas é um bom indicador de quanto ar “novo” alcança a superfície de troca alveolar? Não necessariamente. Uma parte do ar que entra no sistema respiratório não alcança os alvéolos, uma vez que parte do ar de cada ciclo ventilatório permanece nas vias aéreas condutoras, como a traqueia e os brônquios. Como as vias aéreas condutoras não trocam gases com o sangue, elas são denominadas espaço morto anatômico. O espaço morto anatômico médio é de cerca de 150 mL.
Ventilação alveolar = frequência ventilatória X (volume corrente - espaço morto)
Ventilação alveolar = 12 incursões respiratórias (ciclos)/min X (500 - 150 mL/ciclos) = 4.200 mL/min
Outra generalização importante a ser deduzida desse exemplo é que o aumento da profundidade da respiração é muito mais efetivo para aumentar a ventilação alveolar do que um aumento equivalente da frequência respiratória. Por outro lado, uma diminuição na profundidade da respiração pode levar a uma redução crítica da ventilação alveolar. Isso se deve ao fato de que um volume fixo de cada volume corrente vai para o espaço morto. Se o volume corrente diminuir, a porcentagem do volume corrente que vai para o espaço morto aumenta até que, como o indivíduo A, possa representar todo o volume corrente. Por outro lado, qualquer aumento do volume corrente serve totalmente para aumentar a ventilação alveolar. Esses conceitos possuem implicações fisiológicas importantes. A maioria das situações que produzem aumento da ventilação, como o exercício, requer reflexamente um aumento relativamente maior na profundidade da respiração do que na frequência respiratória.
O espaço morto anatômico não é o único tipo de espaço morto. Uma certa quantidade de ar inspirado fresco não é usada para a troca gasosa com o sangue, embora alcance os alvéolos, visto que alguns alvéolos podem, por diversos motivos, ter pouco ou nenhum suprimento sanguíneo. Esse volume de ar é conhecido como espaço morto alveolar. É muito pequeno nos indivíduos saudáveis, mas pode ser muito grande em indivíduos com doença pulmonar. Como veremos adiante, mecanismos locais que equilibram o fluxo de ar com o fluxo sanguíneo minimizam o espaço morto alveolar. A soma dos espaços mortos anatômico e alveolar é conhecida como espaço morto fisiológico
Trocas gasosas nos alvéolos e nos tecidos
 O oxigênio precisa atravessar as membranas alveolares para entrar nos capilares pulmonares, ser transportado pelo sangue até os tecidos, deixar os capilares teciduais, entrar no líquido extracelular e, finalmente, atravessar as membranas plasmáticas para ganhar acesso às células. O dióxido de carbono deve seguir um trajeto semelhante, porém em sentido contrário.
No estado de equilíbrio dinâmico, o volume de oxigênio que deixa os capilares teciduais e é consumido pelas células do corpo por unidade de tempo é igual ao volume de oxigênio adicionado ao sangue nos pulmões durante o mesmo período. De modo semelhante, no estado de equilíbrio dinâmico, a taxa de produção de dióxido de carbono pelas células do corpo e de sua entrada no sangue sistêmico é a mesma com que o dióxido de carbono deixa o sangue nos pulmões para ser expirado.
Entretanto, o volume de oxigênio consumido pelas células e o volume de dióxido de carbono que elas produzem não são idênticos em geral. O equilíbrio depende principalmente dos nutrientes utilizados para a obtenção de energia, visto que as vias enzimáticas para o metabolismo dos carboidratos, das gorduras e das proteínas geram diferentes quantidades de CO2. A razão entre o CO2 produzido e o O2 consumido é conhecida como quociente respiratório (QR)
Pressões parciais dos gases
Conforme enunciado pela lei de Dalton, em uma mistura de gases, a pressão exercida por cada gás é independente da pressão exercida pelos demais. Isso se deve ao fato de que as moléculas de gás normalmente estão tão separadas que não afetam umas às outras. Cada gás em uma mistura comporta-se como se não houvesse outros gases presentes, de modo que a pressão total da mistura é simplesmente a soma das pressões individuais. Essas pressões individuais, denominadas pressões parciais.
Difusão dos gases nos líquidos. Quando um líquido é exposto ao ar contendo determinado gás, as moléculas do gás irão entrar no líquido e dissolver-se nele. Outra lei física, denominada lei de Henry, estabelece que o volume de gás dissolvido será diretamente proporcional à pressão parcial do gás com o qual o líquido está em equilíbrio
Pressões dos gases alveolares
As pressões típicas dos gases alveolares são PO2 = 105 mmHg e PCO2 = 40 mmHg
Compare esses valores com as pressões dos gases no ar que respiramos: PO2 = 160 mmHg e PCO2 = 0,3 mmHg, sendo esse último valor tão baixo que iremos considerá-lo simplesmente igual a zero. A PO2 alveolar é mais baixa do que a PO2 atmosférica, visto que parte do oxigênio no ar que entra nos alvéolos os deixa para entrar nos capilares pulmonares. A PCO2 alveolar é mais alta do que a PCO2 atmosférica, visto que o dióxido de carbono entra nos alvéolos a partir dos capilares pulmonares.
Os fatores que determinam o valor preciso da PO2 alveolar são os seguintes: 
(1) a PO2 do ar atmosférico, 
(2) a taxa de ventilação alveolar e 
(3) a taxa de consumo de oxigênio corporal total
Em primeiro lugar, uma diminuição da PO2 do ar inspirado, como a que ocorre em grandes altitudes, diminuirá a PO2 alveolar. Uma diminuição da ventilação alveolar terá o mesmo efeito, em virtude da menor quantidade de ar fresco que entra nos alvéolos por unidade de tempo. Por fim, um aumento no consumo de oxigênio pelas células durante, por exemplo, uma atividade física extenuante resultará em diminuição do conteúdo de oxigênio do sangue que retorna aos pulmões, em comparaçãocom o estado de repouso. Isso aumentará o gradiente de concentração do oxigênio dos pulmões para os capilares pulmonares, resultando em aumento da difusão de oxigênio. Se não houver nenhuma mudança na ventilação alveolar, isso reduzirá a PO2 alveolar, visto que uma fração maior do oxigênio no ar fresco que está entrando deixará os alvéolos e entrará no sangue para uso pelos tecidos. (Lembre-se de que, no estado de equilíbrio dinâmico, o volume de oxigênio que entra no sangue nos pulmões por unidade de tempo é sempre igual ao volume utilizado pelos tecidos.) 
 A situação para a PCO2 alveolar é análoga, pressupondo, mais uma vez, que apenas um fator se modifica de cada vez. Em condições normais, não há praticamente nenhum dióxido de carbono no ar inspirado, de modo que podemos ignorar esse fator. Uma diminuição da ventilação alveolar diminuirá a quantidade de dióxido de carbono exalado, aumentando, assim, a PCO2 alveolar (ver Figura 13.22). A produção aumentada de dióxido de carbono também aumentará a PCO2 alveolar, visto que uma quantidade maior de dióxido de carbono sofrerá difusão do sangue para dentro dos alvéolos por unidade de tempo. Lembre-se de que, no estado de equilíbrio dinâmico, o volume de dióxido de carbono que entra nos alvéolos por unidade de tempo é sempre igual ao volume produzido pelos tecidos. 
Ocorre hipoventilação quando há um aumento na razão entre produção de dióxido de carbono e ventilação alveolar. Em outras palavras, um indivíduo está hipoventilando quando a ventilação alveolar não consegue acompanhar a produção de dióxido de carbono. O resultado consiste em elevação da PCO2 alveolar acima do valor normal. Ocorre hiperventilação quando há uma diminuição na razão entre produção de dióxido de carbono e ventilação alveolar, ou seja, quando a ventilação alveolar é, na realidade, demasiado grande para a quantidade produzida de dióxido de carbono. O resultado consiste em diminuição da PCO2 alveolar abaixo do valor normal.
Troca gasosa entre os alvéolos e o sangue
O sangue que entra nos capilares pulmonares é o sangue venoso sistêmico bombeado pelo ventrículo direito para os pulmões através das artérias pulmonares. Como provém dos tecidos, esse sangue apresenta uma PCO2 relativamente alta (46 mmHg no indivíduo sadio em repouso) e uma PO2 relativamente baixa (40 mmHg) (ver Figura 13.21 e Quadro 13.6). As diferenças nas pressões parciais de oxigênio e de dióxido de carbono nos dois lados da membrana alveolocapilar resultam na difusão efetiva de oxigênio dos alvéolos para o sangue e de dióxido de carbono do sangue para os alvéolos.  À medida que essa difusão ocorre, a PO2 no sangue capilar pulmonar aumenta, enquanto a PCO2 diminui. A difusão efetiva desses gases cessa quando as pressões parciais dos capilares se tornam iguais às dos alvéolos.
o sangue que deixa os capilares pulmonares para retornar ao coração e ser bombeado para as artérias sistêmicas apresenta essencialmente as mesmas PO2 e PCO2 que o ar alveolar. (Essas pressões não são exatamente as mesmas, por motivos explicados mais adiante.) Por conseguinte, os fatores descritos na seção anterior – a PO2 atmosférica, o consumo de oxigênio e a produção de dióxido de carbono pelas células e a ventilação alveolar – determinam as pressões dos gases alveolares, os quais determinam, então, as pressões dos gases arteriais sistêmicos.
A difusão dos gases entre os alvéolos e os capilares pode ser comprometida de diversas maneiras (ver Figura 13.23), resultando em difusão inadequada de oxigênio para o sangue. Em primeiro lugar, a área de superfície total de todos os alvéolos em contato com os capilares pulmonares pode estar diminuída. 
Equilíbrio entre a ventilação e o fluxo sanguíneo nos alvéolos
A principal causa de movimento inadequado de oxigênio entre os alvéolos e o sangue capilar pulmonar induzida por doença não provém de um problema com a difusão, mas sim do desequilíbrio entre o suprimento de ar e o suprimento de sangue em cada um dos alvéolos. a proporção correta de fluxo de ar alveolar (ventilação) e de fluxo sanguíneo capilar (perfusão) deve estar disponível para cada alvéolo. Qualquer desajuste é denominado desigualdade ventilação–perfusão.
O principal efeito da desigualdade ventilação–perfusão consiste em redução da PO2 do sangue arterial sistêmico. Com efeito, em grande parte por causa dos efeitos da gravidade sobre a ventilação e a perfusão, existe uma desigualdade ventilação–perfusão suficiente no indivíduo sadio para reduzir a PO2 arterial em cerca de 5 mmHg. Um efeito da postura ortostática consiste em aumentar o enchimento dos vasos sanguíneos na base dos pulmões, graças à gravidade, o que contribui para uma diferença na distribuição do fluxo sanguíneo nesses órgãos. Essa é a principal explicação para o fato citado anteriormente de que a PO2 do sangue nas veias pulmonares e nas artérias sistêmicas normalmente é cerca de 5 mmHg mais baixa do que a pressão média do ar alveolar.
Nos estados mórbidos, a ocorrência de alterações regionais na complacência pulmonar, na resistência das vias respiratórias e na resistência vascular pode causar uma acentuada desigualdade ventilação–perfusão. Os extremos desse fenômeno são fáceis de visualizar: (1) pode haver alvéolos ventilados sem nenhum suprimento sanguíneo (espaço morto ou ventilação desperdiçada) em consequência de um coágulo sanguíneo, por exemplo; ou (2) pode haver um fluxo sanguíneo através de áreas do pulmão que não apresentam nenhuma ventilação (uma situação denominada derivação [shunt]), em virtude, por exemplo, do colapso dos alvéolos. Todavia, a desigualdade não precisa ser tudo ou nada para ser significativa.
A eliminação de dióxido de carbono também está comprometida pela desigualdade ventilação–perfusão, porém não no mesmo grau que a captação de oxigênio. Embora as razões para isso sejam complexas, pequenos aumentos da PCO2 arterial levam a aumentos da ventilação alveolar, o que habitualmente impede aumentos adicionais da PCO2 arterial. Todavia, a ocorrência de uma grave desigualdade ventilação–perfusão nos estados patológicos pode levar a um aumento da PCO2 arterial.
Uma diminuição da ventilação dentro de um grupo de alvéolos – que poderia ocorrer, por exemplo, em consequência de um tampão de muco causando bloqueio das pequenas vias respiratórias – leva a uma redução da PO2 alveolar e da área ao redor dela, incluindo as arteríolas. Uma diminuição da PO2 nesses alvéolos e arteríolas adjacentes leva à vasoconstrição, desviando o fluxo sanguíneo da área pouco ventilada. Esse efeito adaptativo local, exclusivo dos vasos sanguíneos arteriais pulmonares, assegura que o fluxo sanguíneo seja afastado das áreas acometidas do pulmão e direcionado para áreas que estão bem-ventiladas. Outro fator para melhorar o equilíbrio entre ventilação e perfusão pode ocorrer se houver uma redução local do fluxo sanguíneo dentro de uma região pulmonar graças, por exemplo, à presença de um pequeno coágulo sanguíneo em uma arteríola pulmonar. Uma redução local do fluxo sanguíneo traz menos CO2 sistêmico para essa área, resultando em diminuição local da PCO2. Isso provoca broncoconstrição local, que desvia o fluxo de ar para áreas do pulmão com melhor perfusão.
Os efeitos adaptativos efetivos da vasoconstrição e da broncoconstrição consistem em: (1) suprir um menor fluxo sanguíneo para as áreas pouco ventiladas, deslocando, assim, o fluxo sanguíneo para áreas bem-ventiladas; e (2) redirecionar o ar para longe dos alvéolos acometidos ou lesionados, em direção aos alvéolos sadios. Esses fatores melhoram acentuadamente a eficiência da troca gasosa pulmonar, porém não são perfeitos, mesmo no pulmão sadio. 
Troca gasosa entre os tecidos e o sangue
À medida que o sangue arterial sistêmico entra nos capilares em todo o corpo, ele é separado do líquido intersticial apenas por uma fina parede do capilar, que é altamente permeável tanto ao oxigênio quanto ao dióxido de carbono. Por sua vez, o líquido intersticial é separado do líquido intracelular pelas membranas plasmáticasdas células, que também são muito permeáveis ao oxigênio e ao dióxido de carbono. As reações metabólicas que ocorrem no interior das células constantemente consomem oxigênio e produzem dióxido de carbono. Por conseguinte, como mostra a Figura 13.21, a PO2 intracelular é mais baixa e a PCO2 mais alta do que no sangue arterial. 
O mais baixo de todos os valores da PO2 – menos de 5 mmHg – é encontrado nas mitocôndrias, o local de utilização do oxigênio. Em consequência, ocorre difusão efetiva de oxigênio do sangue para as células e, no interior das células, para dentro das mitocôndrias, enquanto ocorre difusão efetiva de dióxido de carbono das células para o sangue. Dessa maneira, à medida que o sangue flui através dos capilares sistêmicos, sua PO2 diminui, enquanto sua PCO2 aumenta. 
Em resumo, o suprimento de novo oxigênio para os alvéolos e o seu consumo nas células criam gradientes de PO2 que produzem uma difusão efetiva de oxigênio partindo dos alvéolos para o sangue nos pulmões e do sangue para as células no restante do corpo. Por outro lado, a produção de dióxido de carbono pelas células e sua eliminação pelos alvéolos por meio da expiração criam gradientes de PCO2 que produzem uma difusão efetiva de dióxido de carbono das células para o sangue no restante do corpo e do sangue para os alvéolos nos pulmões.
Transporte de oxigênio do sangue
O oxigênio está presente em duas formas: 
(1) dissolvido no plasma e no citosol dos eritrócitos e 
(2) combinado de modo reversível com moléculas de hemoglobina nos eritrócitos.
Conforme previsto pela lei de Henry, a quantidade de oxigênio dissolvido no sangue é diretamente proporcional à PO2 do sangue. Como a solubilidade do oxigênio na água é relativamente baixa, apenas 3 mℓ podem ser dissolvidos em 1 ℓ no sangue na PO2 arterial normal de 100 mmHg. Os outros 197 mℓ de oxigênio em um litro de sangue arterial – mais de 98% do conteúdo de oxigênio no litro – são transportados nos eritrócitos combinados de modo reversível com a hemoglobina.
Cada molécula de hemoglobina é uma proteína composta de quatro subunidades ligadas entre si. Cada subunidade consiste em um grupo molar, conhecido como heme, e em um polipeptídio fixado ao heme. Os quatro polipeptídios de uma molécula de hemoglobina são coletivamente denominados globina. Cada um dos grupos heme em uma molécula de hemoglobina contém um átomo de ferro (Fe2+), ao qual se liga o oxigênio molecular
Conteúdo total de O2 no sangue = O2 dissolvido no plasma + O2 ligado à Hb
A hemoglobina ligada ao oxigênio é conhecida como oxi-hemoglobina (HbO2)
Hb + O2↔ HbO2
À medida que a concentração de O2 livre aumenta, mais oxigênio liga-se à hemoglobina, e, assim, a equação desloca-se para a direita, produzindo mais HbO2. Se a concentração de O2 diminui, a equação desloca-se para a esquerda. A hemoglobina libera o oxigênio, e a quantidade de oxi-hemoglobina diminui. No sangue, o oxigênio livre para se ligar à hemoglobina está dissolvido no plasma e é indicado pela Po2 plasmática (Fig. 18.5). Nos capilares pulmonares, o oxigênio alveolar dissolve-se primeiro no plasma, e, então, para dentro dos eritrócitos, ligando-se à hemoglobina. A hemoglobina age como uma esponja, captando o oxigênio do plasma até que a reação Hb O2 HbO2 atinja o equilíbrio
Uma vez que o sangue arterial alcance os tecidos, o processo de troca que acontece nos pulmões se inverte. O oxigênio dissolvido difunde-se dos capilares sistêmicos para as células, que têm uma menor Po2. Este fluxo diminui a Po2plasmática e altera o equilíbrio da reação de ligação oxigênio-hemoglobina pela remoção de O2 do lado esquerdo da equação. O equilíbrio desloca-se para a esquerda, de acordo com a lei de ação das massas, fazendo as moléculas de hemoglobina liberarem as suas reservas de oxigênio
Por exemplo, se a quantidade de oxigênio ligado à hemoglobina for 40% da capacidade máxima, a amostra é considerada 40% saturada. O denominador nessa equação é também denominado capacidade de transporte de oxigênio do sangue.
Que fatores que determinam o percentual de saturação da hemoglobina? Sem dúvida alguma, o mais importante é a PO2 do sangue. Todavia, antes de discutir esse assunto, é preciso ressaltar que a quantidade total de oxigênio transportado pela hemoglobina no sangue depende não apenas do percentual de saturação da hemoglobina, mas também da quantidade de hemoglobina presente em cada litro de sangue. A anemia refere-se a uma diminuição significativa da hemoglobina no sangue. Por exemplo, se o sangue de um indivíduo tiver apenas metade da hemoglobina por litro em comparação com o normal, pode-se deduzir que, em qualquer PO2 e percentual de saturação determinado, o conteúdo de oxigênio do sangue será apenas a metade. 
a elevação da PO2 do sangue deve aumentar a combinação do oxigênio com a hemoglobina. A relação quantitativa entre essas variáveis é mostrada na Figura 13.26 e denominada curva de dissociação oxigênio–hemoglobina. 
A forma da curva de dissociação oxigênio–hemoglobina é extremamente importante para compreender a troca de oxigênio. A curva possui uma inclinação acentuada nas PO2 de 10 a 60 mmHg e uma parte relativamente plana (ou platô) nas PO2 de 70 a 100 mmHg. Por conseguinte, o grau com que o oxigênio se combina com a hemoglobina aumenta muito rapidamente à medida que a PO2 aumenta de 10 para 60 mmHg, de modo que, em uma PO2 de 60 mmHg, cerca de 90% da hemoglobina total estão combinados com oxigênio. Desse ponto em diante, qualquer elevação adicional da PO2 irá produzir apenas um pequeno aumento na ligação do oxigênio.
O platô também explica por que, em um indivíduo sadio ao nível do mar, a elevação da PO2 alveolar (e, portanto, da PO2 arterial) por hiperventilação ou pela respiração de oxigênio a 100% não aumenta de modo apreciável o conteúdo total de oxigênio do sangue. Uma pequena quantidade adicional dissolve-se. Como a hemoglobina já está quase totalmente saturada com oxigênio na PO2 arterial normal de 100 mmHg, ela simplesmente não pode captar mais oxigênio quando a PO2 está elevada acima desse ponto. Isso só se aplica a indivíduos saudáveis ao nível do mar. Se o indivíduo tiver inicialmente uma PO2 arterial baixa, em virtude de doença pulmonar ou permanência em grandes altitudes, haverá inicialmente uma grande quantidade de desoxi-hemoglobina no sangue arterial. A elevação da PO2 alveolar e, portanto, da PO2 arterial resultará em transporte significativamente maior de oxigênio na hemoglobina.
A parte inclinada da curva, de 60 mmHg para 20 mmHg, é ideal para a liberação de oxigênio nos tecidos. Ou seja, para uma pequena redução da PO2 graças à difusão do oxigênio do sangue para as células, uma grande quantidade de oxigênio pode ser descarregada nos capilares dos tecidos periféricos.
 É fundamental reconhecer que o oxigênio ligado à hemoglobina não contribui diretamente para a PO2 do sangue; somente o oxigênio dissolvido. Por conseguinte, a difusão do oxigênio é governada apenas pela parte dissolvida, um fato que nos permitiu ignorar a hemoglobina na discussão dos gradientes de pressão parcial transmembrana. Todavia, a presença da hemoglobina constitui o fator mais importante na determinação da quantidade total de oxigênio que irá se difundir, conforme ilustrado por um exemplo simples (Figura 13.27). Duas soluções separadas por uma membrana semipermeável contêm quantidades iguais de oxigênio. As pressões do gás em ambas as soluções são iguais, e não ocorre nenhuma difusão efetiva de oxigênio. A adição de hemoglobina ao compartimento B perturba esse equilíbrio, visto que grande parte do oxigênio se combina com a hemoglobina. Embora a quantidade total de oxigênio no compartimento B ainda seja a mesma, o número de moléculas de oxigênio dissolvidas diminuiu. Por conseguinte, a PO2 do compartimento B é menor que a do compartimento A, de modo que ocorre difusão efetiva de oxigênio de A para B. No novo estado de equilíbrio, as pressões de oxigênio são mais uma vez iguais, porém quase todo o oxigênio encontra-se no compartimento B e estácombinado com a hemoglobina.
 O plasma e os eritrócitos que entram nos pulmões apresentam uma PO2 de 40 mmHg. Como podemos verificar na Figura 13.26, a saturação da hemoglobina nessa PO2 é de 75%. A PO2 alveolar – 105 mmHg – é mais alta que a do sangue, e, dessa maneira, o oxigênio sofre difusão dos alvéolos para o plasma. Isso aumenta a PO2 do plasma e induz a difusão de oxigênio para dentro dos eritrócitos, elevando a PO2 eritrocitária e produzindo um aumento na combinação de oxigênio com a hemoglobina. A maior parte do oxigênio que sofre difusão dos alvéolos para o sangue não permanece dissolvida, mas combina-se com a hemoglobina. Por conseguinte, a PO2 do sangue normalmente permanece abaixo da PO2 alveolar até que a hemoglobina alcance uma saturação de praticamente 100%. Isso mantém o gradiente de difusão do movimento de oxigênio para o sangue durante a transferência muito grande de oxigênio.
Nos capilares teciduais, o processo é inverso. Como as mitocôndrias de todas as células estão utilizando oxigênio, a PO2 celular é menor do que a PO2 do líquido intersticial circundante. Por conseguinte, ocorre difusão contínua de oxigênio para dentro das células. Isso faz com que a PO2 do líquido intersticial seja sempre menor do que a PO2 do sangue que flui através dos capilares teciduais, de modo que ocorre difusão efetiva de oxigênio a partir do plasma dentro dos capilares para dentro do líquido intersticial. Como resultado, a PO2 do plasma torna-se menor do que a PO2 dos eritrócitos, e o oxigênio sofre difusão dos eritrócitos para o plasma. A diminuição da PO2 dos eritrócitos provoca dissociação do oxigênio a partir da hemoglobina, com consequente liberação de oxigênio, que então se difunde para fora dos eritrócitos. O resultado final consiste na transferência, exclusivamente por difusão, de grandes quantidades de oxigênio, partindo da hemoglobina em direção ao plasma, em seguida para o líquido intersticial e, finalmente, para as mitocôndrias das células teciduais.
Efeitos do CO2 e de outros fatores no sangue e diferentes isoformas sobre a saturação da hemoglobina
Em qualquer PO2 determinada, outros fatores também influenciam o grau de saturação da hemoglobina, incluindo a PCO2 do sangue, a concentração de H+, a temperatura, a concentração de uma substância produzida pelos eritrócitos, denominada 2,3-difosfoglicerato (DPG) (também conhecida como bifosfoglicerato [BPG]) e a presença de um tipo especial de hemoglobina habitualmente encontrada apenas no sangue fetal. Conforme ilustrado na Figura 13.29, um aumento na concentração de DPG, na temperatura e na acidez provoca um desvio da curva de dissociação para a direita. Isso significa que, em qualquer PO2 determinada, a hemoglobina possui menos afinidade pelo oxigênio. Por outro lado, uma diminuição na concentração de DPG, na temperatura ou na acidez provoca um desvio da curva de dissociação para a esquerda, de modo que, em qualquer PO2 determinada, a hemoglobina exibe maior afinidade pelo oxigênio.
Os efeitos do aumento da PCO2, concentração de H+ e temperatura são continuamente exercidos sobre o sangue nos capilares teciduais, visto que cada um desses fatores é maior no sangue dos capilares teciduais do que no sangue arterial. A PCO2 está aumentada, graças à entrada de dióxido de carbono no sangue proveniente dos tecidos. Por motivos que serão descritos mais adiante, a concentração de H+ está elevada, em virtude do aumento da PCO2 e da liberação de ácidos produzidos metabolicamente, como o ácido láctico. A temperatura está elevada em virtude do calor produzido pelo metabolismo tecidual. A hemoglobina exposta a essa elevação da PCO2 do sangue, da concentração de H+ e da temperatura à medida que passa pelos capilares teciduais exibe uma afinidade diminuída pelo oxigênio. Por conseguinte, a hemoglobina libera ainda mais oxigênio do que o faria se a PO2 capilar tecidual diminuída fosse um único fator atuante.
Quanto mais metabolicamente ativo for um tecido, maior a sua PCO2, concentração de H+ e temperatura. Em qualquer PO2 determinada, isso provoca a liberação de mais oxigênio pela hemoglobina durante a sua passagem pelos capilares teciduais, fornecendo uma quantidade adicional de oxigênio às células mais ativas
Transporte do dióxido de carbono no sangue
Quando o sangue arterial flui através dos capilares teciduais, esse volume de dióxido de carbono difunde-se dos tecidos para o sangue (Figura 13.30A). O dióxido de carbono é muito mais solúvel na água do que o oxigênio, de modo que o sangue transporta uma quantidade maior de dióxido de carbono dissolvido do que de oxigênio dissolvido. Mesmo assim, apenas cerca de 10% do dióxido de carbono que entra no sangue dissolvem-se no plasma e no citosol dos eritrócitos. Para transportar todo o CO2 produzido nos tecidos para os pulmões, grande parte do CO2 no sangue precisa ser transportada em outras formas.
Como o dióxido de carbono segue esses vários destinos no sangue, é habitual somar as quantidades de dióxido de carbono dissolvido, o HCO3– e o dióxido de carbono na carbamino-hemoglobina para chegar ao dióxido de carbono total do sangue, que é medido como um componente dos exames de bioquímica de rotina do sangue.
Os eventos opostos são observados quando o sangue venoso sistêmico flui pelos capilares pulmonares (Figura 13.30B). Como a PCO2 do sangue é mais alta do que a PCO2 alveolar, ocorre uma difusão efetiva de CO2 do sangue para dentro dos alvéolos. Essa perda de CO2 do sangue diminui a PCO2 arterial e impulsiona as reações das equações 13.10 e 13.11 para a esquerda. O HCO3– e o H+ combinam-se para produzir H2CO3, que, em seguida, dissocia-se em CO2 e H2O. De modo semelhante, HbCO2 gera Hb e CO2 livre. Em condições normais, tão logo haja produção de CO2 a partir do HCO3– e de H+ a partir da HbCO2, ele sofre difusão para dentro dos alvéolos. Dessa maneira, o CO2 que foi liberado no sangue a partir dos tecidos é agora liberado dentro dos alvéolos, a partir dos quais é eliminado durante a expiração
Transporte de íons hidrogênio entre os tecidos e os pulmões
À medida que o sangue flui pelos tecidos, uma fração da oxi-hemoglobina perde seu oxigênio, transformando-se em desoxi-hemoglobina, enquanto simultaneamente uma grande quantidade de dióxido de carbono entra no sangue e sofre as reações que produzem HCO3– e H+.
A desoxi-hemoglobina possui afinidade muito maior pelo H+ do que a oxi-hemoglobina, de modo que ela se liga (tampona) à maior parte do H+ (Figura 13.31). Quando a desoxi-hemoglobina se liga ao H+, ela é abreviada como HbH.
HbO2 + H+ ⇌ HbH + O2
Dessa maneira, apenas uma pequena quantidade do H+ produzido no sangue permanece livre. Isso explica por que o sangue venoso (pH = 7,36) é apenas ligeiramente mais ácido do que o sangue arterial (pH = 7,40
A  medida que o sangue venoso passa pelos pulmões, essa reação é invertida. A desoxi-hemoglobina é convertida em oxi-hemoglobina e, nesse processo, libera o H+ que ela capturou nos tecidos. O H+ reage com o HCO3–, produzindo ácido carbônico, que, sob a influência da anidrase carbônica, dissocia-se para formar dióxido de carbono e água. O dióxido de carbono difunde-se nos alvéolos para ser expirado. Em condições normais, todo o H+ produzido nos capilares teciduais a partir da reação do dióxido de carbono e água recombina-se com o HCO3– para formar dióxido de carbono e água nos capilares pulmonares. Por conseguinte, nenhum desse H+ aparece no sangue arterial.
O que ocorre quando um indivíduo está hipoventilando ou apresenta uma doença pulmonar que impede a eliminação normal do dióxido de carbono? Não apenas iria ocorrer uma consequente elevação da PCO2 arterial, como também a concentração de H+ arterial aumentaria. O aumento da concentração arterial de H+ graças à retenção de dióxido de carbono é denominado acidose respiratória. Por outro lado, a hiperventilação diminuirá a PCO2 arterial e a concentração de H+, produzindo alcalose respiratória.
Controle da respiração
Produção neural da respiração rítmica
O diafragma e osmúsculos intercostais são músculos esqueléticos e, portanto, não se contraem a não ser que sejam estimulados por neurônios motores. Por conseguinte, a respiração depende totalmente da excitação muscular respiratória cíclica do diafragma e dos músculos intercostais por seus neurônios motores. A destruição desses neurônios ou uma desconexão entre a sua origem no tronco encefálico e os músculos respiratórios resultam em paralisia dos músculos respiratórios e morte, a não ser que se possa instituir alguma forma de respiração artificial.
A inspiração é iniciada por uma salva de potenciais de ação nos neurônios motores espinais que inervam os músculos inspiratórios, como o diafragma. Em seguida, os potenciais de ação cessam, os músculos inspiratórios relaxam, e ocorre expiração à medida que os pulmões elásticos se retraem. 
O controle dessa atividade neural reside principalmente nos neurônios do bulbo, a mesma área do encéfalo que contém os principais centros de controle cardiovascular. (Durante o restante deste capítulo, iremos nos referir à medula oblonga como bulbo.) Existem dois componentes anatômicos principais do centro respiratório bulbar (Figura 13.32). Os neurônios do grupo respiratório dorsal (GRD) disparam principalmente durante a inspiração e apresentam impulsos aferentes para os neurônios motores espinais que ativam os músculos respiratórios envolvidos na inspiração – o diafragma e os músculos intercostais inspiratórios. O principal músculo inspiratório em repouso é o diafragma, que é inervado pelos nervos frênicos. O grupo respiratório ventral (GRV) é o outro complexo principal de neurônios no centro respiratório bulbar. O gerador do ritmo respiratório localiza-se no complexo pré-Bötzinger de neurônios, na parte superior do GRV. Esse gerador de ritmo parece ser composto de células marca-passo e de uma complexa rede neural que, atuando em conjunto, estabelecem a frequência respiratória basal.
O GRV contém neurônios expiratórios que parecem ser mais importantes quando há necessidade de grandes aumentos na ventilação (p. ex., durante uma atividade física extenuante). Durante a expiração ativa, os neurônios motores ativados pelos impulsos expiratórios do GRV causam contração dos músculos expiratórios. Isso ajuda a mover rapidamente o ar para fora dos pulmões, em vez de depender apenas da expiração passiva que ocorre durante a respiração tranquila.
Durante a respiração tranquila, o gerador de ritmo respiratório ativa os neurônios inspiratórios no GRD, que despolarizam os neurônios motores espinais inspiratórios, causando contração dos músculos inspiratórios. Quando os neurônios motores inspiratórios cessam o seu disparo, os músculos inspiratórios relaxam, possibilitando a expiração passiva. Durante aumentos da respiração, os neurônios motores inspiratórios e expiratórios e os músculos não são ativados ao mesmo tempo, porém funcionam de modo alternado.
Os neurônios inspiratórios bulbares recebem uma rica aferência sináptica de neurônios em várias áreas da ponte, a parte do tronco encefálico localizada imediatamente acima do bulbo. Essas aferências modulam os impulsos eferentes dos neurônios inspiratórios bulbares e podem ajudar a interromper a inspiração ao inibi-los. É provável que uma área da parte inferior da ponte, denominada centro apnêustico, constitua a principal fonte desse impulso eferente, enquanto uma área da parte superior da ponte, denominada centro pneumotáxico, module a atividade do centro apnêustico (ver Figura 13.32). O centro pneumotáxico, também conhecido como grupo respiratório pontino, ajuda a suavizar a transição entre a inspiração e a expiração. Os nervos respiratórios no bulbo e na ponte também recebem impulsos aferentes sinápticos dos centros superiores do encéfalo, de modo que o padrão da respiração é controlado voluntariamente durante a fala, o mergulho e até mesmo com as emoções e a dor.
Outro sinal de corte para a inspiração provém dos receptores de estiramento pulmonar, que estão localizados na camada de músculo liso das vias respiratórias e são ativados por uma grande insuflação pulmonar. Os potenciais de ação nas fibras nervosas aferentes dos receptores de estiramento seguem um trajeto até o encéfalo e inibem a atividade dos neurônios inspiratórios bulbares. Este é o denominado reflexo de Hering-Breuer. Isso possibilita a retroalimentação dos pulmões para terminar a inspiração ao inibir os nervos inspiratórios no GRD. Entretanto, esse reflexo é importante no estabelecimento do ritmo respiratório apenas em condições de volume corrente muito grande, como no exercício vigoroso. Os quimiorreceptores arteriais descritos em seguida também possuem aferência importante para os centros de controle respiratório, de modo que a frequência respiratória e a profundidade da respiração possam ser aumentadas quando os níveis de oxigênio arterial diminuem ou quando as concentrações arteriais de dióxido de carbono ou de H+ aumentam.
Um aspecto final acerca dos neurônios inspiratórios bulbares é o fato de que eles são muito sensíveis à inibição por determinados fármacos, como os barbitúricos e a morfina. A morte por superdosagem desses fármacos é, com frequência, causada diretamente por cessação da respiração.
Controle da ventilação pela PO2, pela PCO2 e pela concentração de H+
Os quimiorreceptores periféricos, que estão localizados na parte alta do pescoço, na bifurcação das artérias carótidas comuns, e no tórax, sobre o arco da aorta (Figura 13.33) são denominados glomos carotídeos e glomos aórticos, respectivamente. Em ambas as localizações, estão em estreita proximidade, porém distintos, dos barorreceptores arteriais e em íntimo contato com o sangue arterial. Os glomos carotídeos, em particular, estão localizados de maneira estratégica para monitorar o suprimento de oxigênio ao encéfalo. Os quimiorreceptores periféricos são compostos de células receptoras especializadas, estimuladas principalmente por uma redução da PO2 arterial e por um aumento na concentração arterial de H+ (Quadro 13.9). Essas células comunicam-se por sinapses com terminações neuronais a partir das quais fibras nervosas aferentes passam para o tronco encefálico. Lá, elas fornecem impulsos sinápticos excitatórios para os neurônios inspiratórios bulbares. O impulso aferente do glomo carotídeo é o quimiorreceptor periférico predominante envolvido no controle da respiração.
	Principais estímulos para os quimiorreceptores centrais e periféricos.
	Quimiorreceptores periféricos – glomos carotídeos e glomos aórticos – respondem a alterações do sangue arterial. São estimulados por:
•Redução significativa da PO2 (hipóxia)
•Aumento da concentração de H+ (acidose metabólica)
•Elevação da PCO2 (acidose respiratória).
	Quimiorreceptores centrais – localizados no bulbo – respondem a alterações do líquido extracelular cerebral. São estimulados por uma elevação da PCO2 por meio de alterações associadas na concentração de H+ 
Os quimiorreceptores centrais estão localizados no bulbo e, à semelhança dos quimiorreceptores periféricos, fornecem impulsos sinápticos excitatórios para os neurônios inspiratórios bulbares. São estimulados por um aumento na concentração de H+ do líquido extracelular no encéfalo. 
Controle pela PO2. 
Observa-se um pequeno aumento na ventilação até que a concentração de oxigênio do ar inspirado seja reduzida o suficiente para diminuir a PO2 arterial para 60 mmHg. Além desse ponto, qualquer redução adicional da PO2 arterial provoca um acentuado aumento reflexo da ventilação.
Esse reflexo é mediado pelos quimiorreceptores periféricos (Figura 13.35). A PO2 arterial baixa aumenta a frequência de disparo dos receptores, resultando em aumento no número de potenciais de ação que percorrem as fibras nervosas aferentes e estimulam os neurônios inspiratórios bulbares. O consequente aumento da ventilação fornece mais oxigênio aos alvéolos e minimiza a diminuição da PO2 alveolar e arterial produzida pela mistura gasosa com PO2 baixa.
Pode parecer surpreendente que sejamosinsensíveis a reduções menores da PO2 arterial, porém examine mais uma vez a curva de dissociação oxigênio–hemoglobina (ver Figura 13.26). O transporte de oxigênio total pelo sangue não está, na realidade, acentuadamente diminuído até que haja uma redução da PO2 arterial abaixo de cerca de 60 mmHg. Por conseguinte, o aumento da ventilação não resultaria da adição de uma quantidade muito maior de oxigênio ao sangue até que seja alcançado aquele ponto.
Controle pela PCO2. 
A Figura 13.36 ilustra um experimento em que indivíduos respiram ar ao qual foram adicionadas quantidades variáveis de dióxido de carbono. A presença de dióxido de carbono no ar inspirado provoca uma elevação da PCO2 alveolar, e, por conseguinte, o gradiente de difusão para o CO2 é revertido para a situação normal. Isso resulta em captação efetiva de CO2 do ar alveolar e, portanto, em elevação da PCO2 arterial. Observe que até mesmo um aumento muito pequeno da PCO2 arterial provoca um acentuado aumento reflexo na ventilação. Experimentos como esse documentaram que os mecanismos reflexos que controlam a ventilação impedem pequenos aumentos da PCO2 arterial em grau muito maior do que diminuições equivalentes da PO2 arterial.
A capacidade de alterações da PCO2 arterial para controlar a ventilação de modo reflexo se deve, em grande parte, a alterações associadas na concentração de H+ (ver equação 13.11). Conforme resumido na Figura 13.37, os quimiorreceptores, tanto periféricos quanto centrais, iniciam as vias que medeiam esses reflexos. Os quimiorreceptores periféricos são estimulados pela concentração aumentada de H+ arterial em consequência da elevação da PCO2. Ao mesmo tempo, como o dióxido de carbono sofre rápida difusão através das membranas que separam o sangue capilar do líquido intersticial cerebral, o aumento da PCO2 arterial causa uma rápida elevação da PCO2 do líquido extracelular cerebral. Esse aumento da PCO2 eleva a concentração de H+ do líquido extracelular cerebral, o que estimula os quimiorreceptores centrais. Os impulsos provenientes dos quimiorreceptores, tanto periféricos quanto centrais, estimulam os neurônios inspiratórios bulbares a aumentar a ventilação. O resultado final consiste em retorno da PCO2 e da concentração de H+ do líquido extracelular cerebral para seus valores normais.
 
Controle por mudanças na concentração arterial de H+ que não são devidas a alterações no dióxido de carbono. 
Constatamos que a retenção e a eliminação excessiva de dióxido de carbono provocam acidose respiratória e alcalose respiratória, respectivamente. Entretanto, existem muitas situações normais e patológicas em que uma mudança na concentração arterial de H+ é devida a alguma outra causa além de uma alteração primária da PCO2. Essa condição é denominada acidose metabólica quando a concentração de H+ está elevada e alcalose metabólica quando diminuída. Nesses casos, os quimiorreceptores periféricos fornecem os principais impulsos aferentes ao encéfalo para alterar a ventilação.
Por exemplo, a adição de ácido láctico ao sangue, como a que ocorre no exercício extenuante, provoca hiperventilação quase inteiramente pela estimulação dos quimiorreceptores periféricos (Figuras 13.38 e 13.39). Os quimiorreceptores centrais são apenas minimamente estimulados nesse caso, visto que a concentração de H+ no encéfalo só está aumentada em pequeno grau, ao menos no início, pelo H+ produzido a partir do ácido láctico. Isso se deve ao fato de que o H+ penetra muito lentamente na barreira hematencefálica. Por outro lado, conforme descrito anteriormente, o dióxido de carbono penetra facilmente na barreira hematencefálica e altera a concentração cerebral de H+.
Controle da ventilação durante o exercício
 Durante o exercício moderado, a ventilação alveolar aumenta em proporção exata com o aumento na produção de dióxido de carbono, de modo que não há nenhuma mudança da PCO2 alveolar e, portanto, da PCO2 arterial. Com efeito, no exercício muito vigoroso, a ventilação alveolar aumenta relativamente mais do que a produção de dióxido de carbono. Em outras palavras, durante o exercício extenuante, o indivíduo pode hiperventilar; por conseguinte, a PCO2 alveolar e a PCO2 arterial sistêmica podem, na verdade, diminuir (Figura 13.41).
 Embora a PO2 venosa sistêmica diminua durante o exercício, graças a um aumento do consumo de oxigênio nos tecidos, a PO2 alveolar e, portanto, a PO2 arterial sistêmica habitualmente permanecem inalteradas (ver Figura 13.41). Isso se deve a um aumento do consumo de oxigênio celular e da ventilação alveolar em proporção exata entre ambos, pelo menos durante o exercício moderado.
Como a PCO2 arterial não se modifica durante o exercício moderado e diminui durante o exercício extenuante, não ocorre acúmulo de H+ em excesso em consequência do acúmulo de dióxido de carbono. Entretanto, durante o exercício extenuante, ocorre um aumento na concentração arterial de H+ (ver Figura 13.41), graças à produção e à liberação de ácido láctico no sangue. Essa alteração na concentração de H+ é responsável, em parte, pela estimulação da hiperventilação que acompanha o exercício vigoroso.
Vários outros fatores estão envolvidos na estimulação da ventilação durante o exercício. Esses fatores incluem: 
(1) impulsos reflexos dos mecanorreceptores nas articulações e nos músculos; 
(2) elevação da temperatura corporal; 
(3) impulsos aferentes para os neurônios respiratórios por meio de ramos de axônios que descem do encéfalo até neurônios motores que suprem os músculos em exercício (comando central); 
(4) aumento da concentração plasmática de epinefrina; 
(5) aumento da concentração plasmática de K+, em virtude do movimento de K+ para fora dos músculos em exercício; 
(6) resposta condicionada (aprendida) mediada por impulsos neurais para os centros respiratórios. 
Controle voluntário da respiração. 
Embora tenhamos discutido de modo detalhado a natureza involuntária da maioria dos reflexos respiratórios, o controle voluntário dos movimentos respiratórios é importante. O controle voluntário é realizado por vias descendentes do córtex cerebral para os neurônios motores dos músculos respiratórios. Esse controle voluntário da respiração não pode ser mantido quando os estímulos involuntários, como o aumento da concentração de PCO2 ou de H+, tornam-se intensos. Um exemplo é a incapacidade de prender a respiração por muito tempo.
O oposto da suspensão da respiração – a hiperventilação deliberada – reduz a PCO2 alveolar e arterial e aumenta a PO2. Infelizmente, os nadadores algumas vezes hiperventilam voluntariamente antes de nado submerso, de modo a conseguir prender a respiração por mais tempo. Utilizamos a expressão “infelizmente” porque a PCO2 baixa ainda pode permitir a suspensão da respiração em um momento em que o esforço está diminuindo a PO2 arterial para níveis que podem causar inconsciência e levar ao afogamento.
as anormalidades de ventilação–perfusão afetam mais o O2 do que o CO2
 A explicação para isso reside na diferença fundamental existente entre o transporte de O2 e o transporte de CO2 no sangue. Lembre-se de que a forma da curva de dissociação oxigênio–hemoglobina é sigmoide (ver Figura 13.26). Um aumento daPO2 acima de 100 mmHg não acrescenta muito oxigênio à hemoglobina, cuja saturação já é quase 100%. Se alvéolos doentes e pouco ventilados forem perfundidos com sangue, contribuirão com sangue com baixo teor de oxigênio para a veia pulmonar e, consequentemente, para a circulação geral. Se houver aumentos da ventilação de modo a compensar essa situação, a elevação da PO2 na parte sadia do pulmão não acrescentará muito oxigênio ao sangue dessa região, devido ao aumento mínimo na saturação de oxigênio. À medida que ocorre mistura do sangue dessas diferentes áreas do pulmão na veia pulmonar, o resultado final ainda consiste em sangue desoxigenado (hipoxemia).
Todavia, a situação para o CO2 é muito diferente. A curva do conteúdo de O2 é relativamente linear, visto que o CO2 é transportado no sangue principalmente