Sistema Respiratório - trocas gasosas e transporte de gases no sangue

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FUNÇÕES BIOLÓGICAS 
PROBLEMA 7 
 
PRINCÍPIOS FÍSICOS DAS TROCAS GASOSAS: as moléculas de gás movem-se aleatoriamente, difundindo-se do ponto 
mais concentrado para o menos concentrado até que a mistura de gases seja homogênea. 
 
Pressão parcial: de acordo com a Lei de Dalton, a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões 
individuais de cada gás 
• A pressão parcial de um gás é diretamente proporcional a concentração das moléculas de gás 
• A intensidade da difusão de cada um desses gases é diretamente proporcional a pressão parcial de cada gás 
• Ar atmosférico é composto por 79% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,04% de gás carbônico 
• Patm = Po2 + Pco2 + Pn2 + Ph2o = 760mmHg 
 
Difusão de gases em líquidos: as moléculas de gás movem-se do ar para o liquido, ou do liquido para o ar, devido aos 
gradientes de pressão parcial 
• Se a pressão parcial for igual nos dois meios, atingindo o equilíbrio, nenhuma molécula de gás se difundirá 
• A pressão parcial de gás em solução é determinada pela sua concentração e, também, pelo seu coeficiente de 
solubilidade → representa a facilidade com que um gás se dissolve no liquido em determinada temperatura 
 
 
• No sangue, o dióxido de carbono é 20 vezes mais solúvel que o oxigênio → a Pco2 é vinte vezes menor que a Po2 
• A pressão parcial de cada gás na mistura dos gases respiratórios alveolares tende a forçar as moléculas do gás 
para a solução no sangue dos capilares alveolares, e vice versa 
• A intensidade em que elas escapam é diretamente proporcional a sua pressão parcial 
 
→ Difusão efetiva: é determinada pela diferença entre as duas pressões parciais (em dois pontos) ou pela diferença do 
número de moléculas que se move para uma direção pelo número de moléculas que se move na direção oposta 
• Para o oxigênio: pressão parcial é maior na fase gasosa nos alvéolos do que dissolvido no sangue → mais 
moléculas de O2 se difundem para o sangue do que na outra direção 
• Para o gás carbônico: pressão parcial é maior no estado dissolvido no sangue do que na fase gasosa → difusão 
efetiva ocorre para a fase gasosa dos alvéolos 
Fatores que afetam a difusão gasosa (D) em líquido: 
• Diferença de pressão (ΔP) 
• Solubilidade do gás no líquido (S) 
• Área de corte transversal (A) 
• Distancia pela qual o gás precisa se difundir (d) 
• Peso molecular do gás (PM) 
 
Pressão de vapor da água: pressão parcial exercida pelas moléculas de água pra escapar da superfície (evaporar) 
• Para 37oC: 47mmHg 
• Quanto maior a temperatura, maior a pressão de vapor da água 
 
LEI DE HENRY 
Pressão Parcial = concentração de gás dissolvido/coeficiente de solubilidade 
Difusão dos gases através dos tecidos: 
• Gases importantes são todos muito solúveis nos lipídios → altamente solúveis 
nas membranas celulares 
• Difusão dos gases pelos tecidos, incluindo a membrana respiratória, é quase 
igual a difusão dos gases na água → diferença entre as pressões parciais entre 
dois pontos → difusão efetiva 
Umidificação do ar nas vias respiratórias: o ar atmosférico, que contem pouquíssimo vapor de água, entra nas vias 
respiratórias e é exposto a líquidos que recobrem as superfícies respiratórias 
• Essa umidificação dilui a pressão parcial do oxigênio (159 mmHg → 149 mmHg) 
• ?? 
 
Fatores que influenciam a difusão dos gases através da membrana respiratória: 
→ Espessura da membrana: o aumento da espessura da membrana respiratória diminui a taxa de difusão 
• Espessura normal: 0,6 μm 
• Doenças pulmonares → aumento da espessura → redução drástica da taxa de troca gasosa 
• Doenças pulmonares: edema pulmonar, tuberculose, pneumonia, silicose avançada → acúmulo de fluído nos 
alvéolos → edema pulmonar 
 
→ Coeficiente de difusão: representa a facilidade com que um gás se difunde para dentro ou para fora de um líquido 
ou tecido, levando em consideração o tamanho dessa molécula de gás e sua solubilidade no líquido 
• Coeficiente de difusão do O2 é 1 
• Coeficiente de difusão do CO2 é 20 
• O CO2 se difunde através da membrana respiratória cerca de 20 vezes mais rápido que o O2 
 
→ Área de superfície: 
• Área de superfície total em um adulto saudável: 70 m2 
• Doenças respiratórias → enfisema e câncer → redução na área de superfície → afeta trocas gasosas 
• Quando a superfície é diminuída em mais de ¼ do tamanho normal, a troca de gases é significativamente 
restringida, mesmo durante o repouso 
 
→ Gradiente de pressão parcial: 
• Normalmente, a pressão do oxigênio é maior nos alvéolos do que no sangue, e a pressão parcial do dióxido de 
carbono é maior no sangue do que no ar alveolar 
• A difusão ocorre da maior pressão para a menor 
• Aumentando a ventilação → aumento dos gradientes de pressão parcial para o oxigênio e o dióxido de carbono 
→ aumento da Po2 alveolar e diminuição a Pco2 alveolar → troca gasosa mais intensa 
• Diminuindo a ventilação → gradiente de pressão parcial para o oxigênio e o dióxido de carbono menor que o 
normal → troca gasosa inadequada 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIFUSÃO DE GASES ATRAVÉS DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA – HEMATOSE: a troca gasosa entre o ar alveolar e o sangue 
pulmonar se dá através das membranas de todas as porções terminais dos pulmões 
• Os gases podem se mover de um ponto para outro por difusão → a causa desse movimento é sempre uma 
diferença de pressão parcial do primeiro ponto para o outro 
 
 
Gradientes de pressão parcial do oxigênio: 
• A Po2 dentro dos alvéolos é de aproximadamente 104 mmHg 
• A Po2 nos capilares pulmonares é de aproximadamente 40 
mmHg 
• Pressão inicial que faz com que o oxigênio se difunda para os 
capilares pulmonares é 104 – 40 = 64 mmHg 
• Contudo, o sangue que deixa o pulmão pelas veias pulmonares 
apresenta uma Po2 de aproximadamente 95 mmHg → mistura 
de sangue desoxigenado das veias brônquicas 
• Sangue venoso: Po2 = 40 mmHg 
• Sangue arterial nos capilares pulmonares: Po2 = 104 mmHg 
• Sangue arterial nas veias pulmonares e na artéria aorta: Po2 = 95 mmHg 
 
Gradiente de pressão parcial do dióxido de carbono: 
• A Pco2 dentro dos capilares pulmonares é de 45 mmHg 
• A Pco2 nos alvéolos é de aproximadamente 40 mmHg 
• Por conta da diferença de pressão (45 – 40 = 5 mmHg), o CO2 difunde-se do sangue para os alvéolos 
• Sangue venoso: Pco2 = 45 mmHg 
• Sangue arterial: Pco2 = 40 mmHg 
 
 
TRANSPORTE DE O2 NO SANGUE: aproximadamente 98,5% do oxigênio transportado no sangue dos pulmões até os 
tecidos estão combinados com a hemoglobina nas hemácias e o 1,5% restante está dissolvido no plasma 
• A combinação de oxigênio com a hemoglobina é reversível → nos capilares pulmonares, o O2 se liga a 
hemoglobina e nos espaços teciduais, o O2 é liberado dela e entra nos tecidos 
 
 
Efeito da Po2: curva de dissociação oxigênio-hemoglobina descreve o percentual de saturação da hemoglobina no 
sangue em diferentes valores de Po2 
• A hemoglobina está 100% saturada quando cada uma de suas quatro 
moléculas está ligada a uma molécula de oxigênio 
• Há 4 grupos heme na molécula de hemoglobina, e uma molécula de 
oxigênio liga-se a cada grupo heme 
• Na pressão parcial de 104 mmHg, a hemoglobina está 98% saturada 
• Se a Po2 do sangue diminuir para 60 mmHg, a hemoglobina 
permanece 90% saturada → diminuições na Po2 dos capilares 
apresentam pouco efeito na saturação 
• A Po2 que deixa os capilares teciduais é de 40 mmHg → hemoglobina 
75% saturada (apenas 23% do oxigênio captado se difunde para os 
tecidos numa situação de repouso 
• Os 75% de oxigênio que permanece ligado a hemoglobina são uma reserva 
• Conforme os tecidos utilizam mais oxigênio, a hemoglobina libera mais oxigênio para esses tecidos 
Efeito do pH – efeito Bohr: alterações no pH derivam de variações na concentração de H+ 
• Aumento no H+ → diminuição do pH → H+ combina-se com a porção proteica da hemoglobina → altera sua 
estrutura tridimensional → diminuição na sua capacidade deligar-se ao oxigênio → taxa de saturação da 
hemoglobina diminui 
• Aumento do pH → maior capacidade de ligação da hemoglobina ao oxigênio → taxa de saturação aumenta 
 
Efeito da Pco2: efeito do dióxido de carbono sobre o pH → efeito Bohr 
• Dentro das hemácias → enzima anidrase carbônica → catalisa a 
dissociação do CO2 
• Conforme os níveis de CO2 aumentam, a reação é deslocada para a 
direita e mais H+ é produzido → o pH diminui 
• O CO2 também pode afetar diretamente a capacidade de ligação da hemoglobina ao O2 → CO2 se liga as cadeias 
de globina alfa e beta da molécula de hemoglobina → capacidade da hemoglobina de ligar-se ao O2 diminui 
• Sangue flui pelos capilares teciduais → CO2 entra no sangue → pH diminui → menor afinidade da hemoglobina 
ao O2 → liberação de O2 nos capilares teciduais → oxigenação dos tecidos 
• Sangue flui pelos capilares pulmonares → CO2 entra nos alvéolos → pH aumenta → afinidade da hemoglobina 
pelo oxigênio aumenta 
 
Efeito da temperatura: um aumento na temperatura também diminui a tendência de o oxigênio permanecer ligado a 
hemoglobina (acho que pelo fato de a dissociação do ácido carbônico ser uma reação endotérmica, com o aumento da 
T, a reação se desloca para a direita, o plasma fica ácido → efeito Bohr) 
• Temperaturas elevadas a partir do aumento do metabolismo aumentam a quantidade de oxigênio liberado para 
dentro dos tecidos 
• Tecidos menos ativos → T mais baixa → menos oxigênio liberado a partir da hemoglobina 
• Tecidos mais ativos (musculares esqueléticos) → T mais alta → mais oxigênio liberado 
 
Efeito da BPG (2,3-bisfosfoglicerato): 
• Metabolização de glicose por via anaeróbica → produção de um subproduto 2,3-bifosfoglicerato (BPG) → reduz 
a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio → aumento da liberação do O2 
• Importante quando os níveis de oxigênio no sangue estão baixos → altitudes elevadas 
• Banco de sangue → sangue coletado → níveis de BPG diminuem → hemoglobina libera menos O2 → após 6 
semanas o sangue se torna impróprio para transfusão 
 
Hemoglobina fetal: é um tipo de hemoglobina encontrado apenas em fetos 
• o Sangue fetal é muito eficiente em captar o oxigênio 
• O oxigênio é liberado do sangue da mãe para o sangue do feto 
• O dióxido de carbono é liberado do sangue do feto para o sangue materno 
• Concentração de hemoglobina fetal é 50% maior do que a materna 
• A curva de dissociação oxigênio-hemoglobina encontra-se mais a esquerda → o oxigênio pode manter-se mais 
firmemente ligado a hemoglobina fetal do que na materna 
• A BPG não causa tanto efeito sobre a hemoglobina fetal → não há indução da liberação de O2 pela hemoglobina 
fetal 
 
 
 
 
TRANSPORTE DE CO2 NO SANGUE: é transportado no sangue de três formas – como HCO3- dissolvido no plasma ou nas 
hemácias, como CO2 dissolvido no plasma, ou como CO2 ligado a hemoglobina 
 
Troca de dióxido de carbono nos tecidos: 
• O dióxido de carbono difunde-se dos tecidos para o plasmo sanguíneo 
• Nas hemácias, o CO2 reage com a água para formar ácido carbônico (anidrase carbônica) → dissociação em íons 
bicarbonato e H+ → cerca de 70% do CO2 é transportado na forma de HCO3- 
• Os íons H+ se ligam a hemoglobina → diminui a concentração de H+ plasmático e a reação se desloca pra direita 
→ maior formação de bicarbonato → aumento do transporte de dióxido de carbono 
• A afinidade da hemoglobina pelo O2 diminui e ela o libera nos capilares teciduais 
• Cerca de 7% são transportados como CO2 dissolvido no plasma 
• Cerca de 23% são transportados ligados a hemoglobina → cadeias de globina alfa e beta de molécula de 
hemoglobina → ligação afetada pela quantidade de oxigênio ligado a ela → efeito de Haldame 
 
Troca de dióxido de carbono nos pulmões: o CO2 difunde-se das hemácias e do plasma para os alvéolos 
• Conforme os níveis de dióxido nas hemácias diminuem, o ácido 
carbônico é convertido a dióxido de carbono e água (anidrase 
carbônica) → HCO3- reage com H+ para formar ácido carbônico 
(desloca a reação para a esquerda) → o HCO3- entra nas hemácias 
• Conforme o oxigênio se liga a hemoglobina, o dióxido de carbono é liberado mais rapidamente (efeito Haldame) 
 
Efeito no pH: conforme os níveis de CO2 no sangue elevam, a concentração de H+ também eleva e o pH do sangue 
diminui 
• O sistema respiratório regula o pH sanguíneo pela modificação dos níveis de dióxido no plasma 
• A hiperventilação diminui o CO2 no plasmo, e a hiperventilação aumenta-o 
 
 
ESTRUTURA DA HEMOGLOBINA: é uma proteína que se constitui no principal componente do eritrócito 
• É solúvel na água 
• Responsável pela coloração vermelha do sangue → grupo 
heme → se liga ao oxigênio 
• Formada pela união de uma proteína incolor: a globina → 
constituída de 2 pares de cadeias de aminoácidos (alfa e 
beta) e de um composto prostético corado que possui 
quatro grupos, os quais contem ferro (grupo heme) 
 
PARÂMETROS DE NORMALIDADE DA SATURAÇAO DE O2: idealmente, mais de 89% das suas células vermelhas devem 
estar transportando oxigênio (Sociedade Brasileira de Pneumologia e Tisiologia) → oxímetro 
• Hipóxia: dor de cabeça, sonolência, suor frio, falta de ar, dedos e boca arroxeados (cianose) 
• A cianose surge porque os vasos sanguíneos das extremidades do corpo se contraem para enviar mais sangue e 
mais oxigênio para os principais órgãos do corpo e por causa disso também ocorre o aumento da pressão 
arterial.