Resumo - Princípios Físicos das Trocas Gasosas

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Fisiologia
Princípios Físicos das Trocas Gasosas
Depois que os alvéolos são ventilados com ar atmosférico, a próxima etapa, no processo respiratório, é a difusão do oxigênio dos alvéolos para o sangue pulmonar e difusão do dióxido de carbono na direção oposta, para fora do sangue. 
O processo de difusão é simplesmente o movimento aleatório de moléculas em todas as direções, através da membrana respiratória e dos líquidos adjacentes.
Difusão de Gases através dos Líquidos - A diferença de pressão causa a difusão efetiva.
Quando a pressão parcial do gás é maior em uma área do que em outra, haverá difusão efetiva da área de alta pressão para a área de baixa pressão.
Portanto, a difusão efetiva do gás da área de alta pressão para a área de baixa pressão é igual ao número de moléculas que se move nessa direção menos o número de moléculas que se move na direção oposta - diferença de pressão que causa a difusão.
· As composições do Ar Alveolar e do Ar atmosférico são diferentes:
 
O ar alveolar não tem, de forma alguma, as mesmas concentrações dos gases no ar atmosférico. Existem várias razões para essas diferenças, como: o ar alveolar é substituído apenas parcialmente pelo ar atmosférico a cada respiração; o oxigênio é constantemente absorvido pelo sangue pulmonar do ar alveolar; o dióxido de carbono se difunde constantemente do ar pulmonar para os alvéolos; e o ar atmosférico seco que entra nas vias respiratórias é umidificado até mesmo, antes de atingir os alvéolos.
Umidificação do Ar nas vias respiratórias:
Logo que o ar atmosférico entra nas vias respiratórias, ele é exposto a líquidos que recobrem as superfícies respiratórias. Mesmo antes de o ar entrar nos alvéolos, ele fica totalmente umidificado.
Na medida em que a pressão nos alvéolos não consegue ultrapassar a pressão atmosférica, esse vapor de água simplesmente dilui todos os outros gases no ar inspirado.
Intensidade com que o Ar Alveolar é renovado pelo ar atmosférico
A capacidade funcional residual média dos pulmões de pessoa do sexo masculino mede cerca de 2.300 mililitros.
Contudo, apenas 350 mililitros de ar novo chegam aos alvéolos a cada inspiração normal, e essa mesma quantidade de ar alveolar usado é expirada. Portanto, o volume alveolar substituído por ar atmosférico novo a cada respiração é de apenas um sétimo do total, de maneira que são necessárias múltiplas respirações para ocorrer a troca da maior parte do ar alveolar.
Importância da Substituição lenta do ar alveolar
A lenta substituição do ar alveolar é de particular importância para evitar mudanças repentinas nas concentrações de gases no sangue. Isso torna o mecanismo do controle respiratório muito mais estável e ajuda a evitar aumentos e quedar excessivas da oxigenação tecidual, da concentração tecidual de dióxido de carbono, e do pH tecidual, quando a respiração é interrompida temporariamente.
Concentração de Oxigênio e Pressão Parcial nos Alvéolos.
O oxigênio é continuamente absorvido dos alvéolos pelo sangue pulmonar e novo oxigênio, é também, de forma continua, respirado pelos alvéolos, vindo da atmosfera. 
Quanto mais rápido o oxigênio for absorvido, menor sua concentração nos alvéolos; por outro lado, quanto mais rápido o oxigênio é respirado pelos alvéolos, vindo da atmosfera, maior fica a sua concentração.
Portanto, a concentração de oxigênio nos alvéolos e também sua pressão parcial são controladas por:
1) Pela intensidade de absorção de oxigênio pelo sangue;
2) Pela intensidade de entrada de novo oxigênio nos pulmões pelo processo ventilatório.
Concentração e Pressão Parcial de CO2 nos alvéolos.
O dióxido de carbono é continuamente formado no corpo e então transportado no sangue para os alvéolos, sendo de modo contínuo removido dos alvéolos pela ventilação.
A Pco2 alveolar aumenta diretamente na proporção da excreção de dióxido de carbono.
A Pco2 alveolar diminui na proporção inversa da ventilação alveolar.
· Difusão de Gases através da Membrana Respiratória
Unidade Respiratória.
A unidade respiratória é composta do bronquíolo respiratório, ductos alveolares, átrios e alvéolos. 
As paredes alveolares são extremamente finas e, entre os alvéolos, existe malhas, quase sólida de capilares interconectados. Devido à extensão do plexo capilar, o fluxo de sangue na parede alveolar é descrito como “lâmina” de fluxo sanguíneo. Assim, é obvio que os gases alveolares estão bastante próximos do sangue dos capilares pulmonares. Ademais, a troca gasosa entre o ar alveolar e o sangue pulmonar se dá através das membranas de todas as porções terminais dos pulmões.
Todas essas membranas são conhecidas coletivamente como membrana respiratória ou membrana pulmonar.
Membrana Respiratória
Camadas da membrana respiratória:
1) Camada de líquido contendo surfactante que reveste o alvéolo e reduz a tensão 
superficial do líquido alveolar. 
2) Epitélio alveolar, composto por células epiteliais finas. 
3) Membrana basal epitelial. 
4) Espaço intersticial delgado entre o epitélio alveolar e a membrana capilar. 
5) Membrana basal capilar que, em muitos locais, se funde com a membrana basal do epitélio alveolar.
6) Membrana endotelial capilar.
A membrana das hemácias em geral, toca a parede capilar, de maneira que não é preciso que o o2 e o co2 atravessem quantidades significativas de plasma enquanto se difundem entre o alvéolo e a hemácia, o que também aumenta a rapidez da difusão. 
Os fatores determinantes da rapidez com que um gás atravessará a membrana: 
(1) a espessura da membrana = quanto maior a espessura, menor a difusão através da membrana, a espessura da membrana aumenta em decorrência de líquido de edema no espaço intersticial, doenças pulmonares (fibrose).
(2) a área superficial da membrana = se a área diminui, a difusão através da 
membrana também diminui, essa área pode ser reduzida por diversos fatores: 
Remoção de um pulmão, enfisema.
(3) o coeficiente de difusão do gás na substância da membrana o coeficiente 
depende diretamente da solubilidade do gás na membrana e inversamente da raiz quadrada do peso molecular do gás. 
(4) a diferença de pressão parcial do gás entre os dois lados da membrana. É dada pela diferença entre a pressão parcial do gás nos alvéolos e a pressão parcial do gás no sangue dos capilares pulmonares. A pressão parcial representa medida do número total de moléculas de determinado gás que atinge determinada área da superfície alveolar da membrana em determinado momento, e a pressão do gás no sangue representa o número de moléculas que tentam escapar do sangue na direção oposta. Portanto, a diferença entre essas duas pressões é medida da tendência efetiva das moléculas do gás em se moverem através da membrana.
Capacidade de Difusão da Membrana Respiratória
É a capacidade da membrana respiratória de trocar um gás entre os alvéolos e o sangue pulmonar. É definida como o volume de gás que se difundirá através da membrana a cada minuto, para a diferença de pressão parcial de 1 mmhg. Todos os fatores discutidos anteriormente, que afetam a difusão através da membrana respiratória, podem afetar essa capacidade de difusão.
Aumento na Capacidade de Difusão de Oxigênio durante o exercício.
Durante exercício vigoroso ou em outras condições que aumentem muito o fluxo de sangue pulmonar e a ventilação alveolar, a capacidade de difusão do oxigênio aumenta no homem jovem até o máximo em torno de 65 mL/mim/mmHg, que é o triplo da capacidade de difusão sob condições de repouso.
Os fatores causadores desse aumento são:
1) Abertura de muitos capilares pulmonares, até então adormecidos, ou dilatação extra dos capilares já abertos.
2) Melhor equiparação entre a ventilação dos alvéolos e a perfusão dos capilares alveolarescom sangue, denominada proporção ventilação -perfusão. 
Portanto, durante o exercício, a oxigenação do sangue aumenta, não só pela maior capacidade difusora da membrana respiratória, para transportar oxigênio para o sangue.
Capacidade de Difusão de Carbono
O dióxido de carbono se difunde através da membrana respiratória tão rapidamenteque a Pco2 média no sangue pulmonar não difere muito da Pco2 nos alvéolos.
Contudo, medidas de difusão de outros gases mostram que a capacidade de difusão varia diretamente com o coeficiente de difusão de determinado gás.