4 PRINCÍPIOS FÍSICOS DAS TROCAS GASOSAS, DIFUSÃO DE OXIGÊNIO E DIÓXIDO DE CARBONO ATRAVÉS DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA

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FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO 
MARCELO GURGEL 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE 
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE 
UNIDADE ACADÊMICA DE MEDICINA 
MÓDULO: SISTEMA RESPIRATÓRIO 
COMPONENTE: FISIOLOGIA 
MONITOR: MARCELO VICTOR FERREIRA GURGEL 
 
PRINCÍPIOS FÍSICOS DAS TROCAS GASOSAS, DIFUSÃO DE OXIGÊNIO E DIÓXIDO DE CARBONO ATRAVÉS DA 
MEMBRANA RESPIRATÓRIA 
 Depois da ventilação alveolar, a próxima etapa no processo respiratório é a difusão de oxigênio dos alvéolos 
para o sangue pulmonar e do CO2 na direção oposta. 
BASE MOLECULAR DA DIFUSÃO 
 Todos os gases envolvidos na fisiologia respiratória são moléculas simples, portanto, passíveis de sofrerem 
difusão. 
 A energia envolvia no processo de difusão vem do movimento cinético das próprias moléculas. 
 A difusão efetiva de um gás ocorre da área de alta concentração para a área de baixa concentração desse 
gás. 
PRESSÕES PARCIAIS 
 É a pressão que cada gás exerce individualmente em uma mistura. 
 A pressão é diretamente proporcional a concentração das moléculas de um determinado gás. 
 As pressões parciais de gases individuais em uma mistura são designadas pelos símbolos Po2, Pco2, Pn2, e 
assim por diante. 
PRESSÃO DOS GASES DISSOLVIDOS NA ÁGUA E TECIDOS 
 O gás dissolvido no líquido exerce pressão parcial da mesma maneira que o gás na fase gasosa. 
 Essa pressão é determinada não só por sua concentração como também pelo seu coeficiente de 
solubilidade. 
 Essa relação é expressa pela lei de Henry: “Pressão parcial = Concentração do gás / Coeficiente de 
solubilidade”. 
 O CO2 é 20 vezes mais solúvel que o O2. 
PRESSÃO DE VAPOR DA ÁGUA 
 A pressão parcial exercida pelas moléculas de água para escapar da superfície para a fase gasosa é 
denominada pressão de vapor da água. 
 Depende da temperatura da água (temperatura corporal=47mmhg). 
 Quando ar não umidificado é inspirado água imediatamente evapora das superfícies das vias aéreas para 
umidificar o ar. 
QUANTIFICANDO A INTENSIDADE DE DIFUSÃO NOS LÍQUIDOS 
 Além da diferença de pressão, outros fatores afetam a difusão gasosa em um líquido, são eles: solubilidade 
do gás no líquido; área de corte transversal do líquido; a distância pela qual o gás precisa se difundir; o peso 
molecular do gás; a temperatura do líquido. 
 A área de corte, a temperatura e a solubilidade tem proporção direta com a taxa de difusão. 
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 A distância e o peso molecular tem proporção inversa. 
DIFUSÃO DOS GASES ATRAVÉS DOS TECIDOS 
 Os gases de importância respiratória são todos muito solúveis nos lipídios e consequentemente nas 
membranas celulares. 
 A principal limitação ao movimento dos gases nos tecidos é a intensidade com que os gases conseguem se 
difundir pela água tecidual. 
AS COMPOSIÇÕES DO AR ALVEOLAR E DO AR ATMOSFÉRICO 
 O ar alveolar não tem a mesma composição do ar atmosférico. 
 Ele é substituído apenas parcialmente pelo ar atmosférico. 
 O oxigênio é constantemente absorvido pelo sangue pulmonar do ar alveolar. 
 O dióxido de carbono se difunde constantemente do ar pulmonar para os alvéolos. 
 O ar atmosférico seco é rapidamente umidificado nas vias respiratórias. 
INTENSIDADE COM QUE O AR É RENOVADO 
 O volume do ar alveolar substituído por ar atmosférico novo a cada respiração é apenas um sétimo do total. 
 Logo, são necessárias múltiplas respirações para ocorrer a troca da maior parte do ar alveolar. 
 Com a ventilação alveolar normal cerca de metade do gás é removida em 17 segundos. 
 A lenta substituição do ar alveolar é de suma importância para evitar mudanças repentinas nas 
concentrações dos gases (e do PH tecidual) quando a respiração é interrompida temporariamente. 
CONCENTRAÇÃO DE OXIGÊNIO E PRESSÃO PARCIAL DOS ALVÉOLOS 
 A concentração de oxigênio nos alvéolos é controlada pela intensidade de absorção de oxigênio pelo sangue 
e pela intensidade de entrada de novo oxigênio nos pulmões pelo processo ventilatório. 
 Um aumento acentuado na ventilação alveolar nunca consegue aumentar a Po2 alveolar acima de 149 
mmHg (com a pessoa respirando ar no nível da pressão do mar), pois trata-se da Po2 máxima no ar 
umidificado para a pressão a nível do mar. 
CONCENTRAÇÃO DE CO2 NOS ALVÉOLOS 
 A Pco2 alveolar aumenta diretamente na proporção da excreção de dióxido de carbono pelo corpo. 
 Diminui na proporção inversa da ventilação alveolar. 
COMBINAÇÃO DO AR EXPIRADO 
 A composição geral do ar expirado é determinada pela quantidade de ar expirado do espaço morto e pela 
quantidade de ar alveolar. 
 A primeira porção é o ar do espaço morto, geralmente umidificado. 
 Aos poucos será substituído por ar alveolar até que no fim da expiração todo ar seja de origem alveolar. 
UNIDADE RESPIRATÓRIA 
 Também denominada lóbulo respiratório, é composta por bronquíolo respiratório, ductos alveolares, átrios 
e alvéolos. 
 As paredes alveolares são extremamente finas e, entre os alvéolos, existe malha quase sólida de capilares 
interconectados. 
 Devido a extensão do plexo capilar, o fluxo sanguíneo na parede alveolar é descrito como lâmina de fluxo 
sanguíneo. 
 As membranas de todas as porções terminais dos pulmões participam da troca gasosa, sendo conhecidas 
coletivamente como membrana respiratória. 
MEMBRANA RESPIRATÓRIA 
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 Se divide em camadas: 
 Camada de líquido revestindo o alvéolo e contendo surfactante. 
 Epitélio alveolar. 
 Membrana basal epitelial. 
 Espaço intersticial. 
 Membrana basal capilar. 
 Membrana endotelial capilar. 
 A área superficial total da membrana respiratória, no adulto normal, é aproximadamente 70 metros 
quadrados. 
 A quantidade total de sangue nos capilares dos pulmões a qualquer momento é entre 60 e 140 milímetros. 
 Logo, fica fácil entender a rapidez da troca respiratória do O2 e do CO2. 
FATORES QUE AFETAM A INTENSIDADE DA DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA. 
 Espessura da membrana. 
 Área superficial da membrana 
 Coeficiente de difusão do gás na substância da membrana. 
 Diferença de pressão parcial do gás entre os dois lados da membrana. 
 Difusão é inversamente proporcional a espessura. 
 Espessura pode aumentar ocasionalmente em um edema, ou em evento fibroso dos pulmões. 
 Difusão é diretamente proporcional a área superficial. 
 Pode ser reduzida pela retirada parcial ou total de um pulmão, e também pós enfisema. 
 O coeficiente de difusão depende da solubilidade do gás na membrana e, inversamente, da raiz quadrada do 
peso molecular. 
 A diferença de pressão é a diferença entre a pressão parcial do gás nos alvéolos e a pressão parcial do gás no 
sangue dos capilares pulmonares. 
 A diferença entre essas duas pressões é a medida da tendência efetiva das moléculas em se moverem 
através da membrana. 
CAPACIDADE DE DIFUSÃO DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA 
 É o volume de gás que se difundirá através da membrana a cada minuto para a diferença de pressão parcial 
de 1 mmHg. 
 No homem adulto médio, a capacidade de difusão do oxigênio sob condições de repouso é em média 
21mL/min/mmHg. 
 Durante exercício vigoroso, pode aumentar até cerca de 65mL/min/mmHg. 
 Esse aumento é causado por diversos fatores, como: a abertura de capilares adormecidos ou dilatação extra 
dos capilares já abertos; a melhor equiparação entre a ventilação dos alvéolos e a perfusão dos capilares 
alveolares, denominada proporção ventilação perfusão. 
 A capacidade de difusão do CO2 nunca foi medida, porém, como o coeficiente de difusão do dióxido de 
carbono é pouco mais de 20 vezes o do oxigênio, se espera algo entre 400-450mL/min/mmHg em repouso e 
entre 1200-1300mL/min/mmHg durante o exercício. 
EFEITO DA PROPORÇÃO VENTILAÇÃO PERFUSÃO NA CONCENTRAÇÃO DE GÁS ALVEOLAR 
 Mesmo nas condições normais e especialmente em doenças pulmonares, algumas áreas dos pulmões são 
bem ventiladas masnão recebem quase nenhum fluxo sanguíneo, enquanto outras contam com bom fluxo 
mas pouca ventilação. 
 Em ambas situações existe comprometimento da troca gasosa. 
 O conceito quantitativo que analisa essa relação se chamada proporção ventilação perfusão. 
 Em termos quantitativos é expressa como Va/Q. Sendo Va medida de ventilação e Q medida da perfusão. 
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 Quando Va/Q for igual a zero indicará ausência de ventilação alveolar, logo, o ar nos alvéolos entra em 
equilíbrio com o oxigênio e o dióxido de carbono no sangue 
 Quando Va/Q tender ao infinito indica que não está ocorrendo fluxo sanguíneo capilar, logo, o ar alveolar 
fica quase igual ao ar inspirado umidificado. 
 Quando a proporção for normal a Po2 do ar alveolar será de 104mmHg em média, e a de Pco2 de 40mmHg 
em média. 
ESPAÇO MORTO FISIOLÓGICO 
 Quando em alguns alvéolos a ventilação for grande mas o fluxo de sangue for baixo diz-se que a ventilação 
desses alvéolos está sendo desperdiçada. 
 A soma desse desperdício com a ventilação de áreas do espaço morto anatômico é denominada espaço 
morto fisiológico.