Trocas Gasosas nos Pulmões - FISIOLOGIA

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FISIOLGOIA: RESPIRAÇÃO 
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Trocas Gasosas nos Pulmões 
 Após a entrada do ar nos alvéolos, ocorre a 
difusão de O2 do ar alveolar para os capilares 
pulmonares e a difusão de CO2 no sentido contrário. 
 
Física da difusão gasosa 
 A difusão ocorre pela energia cinética contida 
nos gases ou fluidos que as fazem se movimentar em 
sentido aleatório. Ela irá ocorrer do local de maior 
concentração para o de menor () concentração, 
pois existem muito mais moléculas no lado de maior 
() concentração da câmara para se difundir em 
direção ao lado de  [ ] do que existem na direção 
oposta. 
 
Pressões gasosas 
 A pressão dos gases é causada pelos múltiplos 
impactos das moléculas gasosas na parede do 
recipiente em determinado instante. 
 Os gases dissolvidos na água ou nos tecidos 
também exercem pressão, pois as moléculas se 
movem aleatoriamente e têm energia cinética para 
fazerem as colisões. Além disso, quando o gás 
dissolvido no líquido encontra superfície, tal como a 
membrana celular, ele exerce pressão parcial da 
mesma maneira que o gás na fase gasosa. 
 A pressão parcial de um gás é a pressão que 
aquele determinado gás exerce em todo um 
conjunto de gases que formam uma pressão total 
gasosa. Essa pressão parcial é determinada pela 
concentração do gás e pelo seu coeficiente de 
solubilidade. 
 
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 
[𝐺á𝑠 𝑑𝑖𝑠𝑠𝑜𝑙𝑣𝑖𝑑𝑜]
𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 
 
 
 O coeficiente de solubilidade dos seguintes 
gases, em volume de gás atmosférico dissolvido em 
cada volume de água, na pressão de 1 atm, é de: 
 Ou seja, pela tabela, percebe-se, por exemplo, 
que o CO2 é 20x mais solúvel em água que o 
oxigênio. Logo, a pressão parcial do CO2 (Pco2), em 
uma mesma concentração de oxigênio, é 20x menor 
que a Po2. 
 Portanto, a difusão nos alvéolos vai ocorrer de 
acordo com as diferenças de pressões parciais dos 
gases que ocorrem: tanto no ar alveolar, quanto nos 
capilares sanguíneos. Quanto  a diferença de 
pressão parcial,  a difusão de gás para o sentido de 
menor () pressão. 
 
OBS! Para fins didáticos, nesse resumo, as setas para 
cima () poderão significar maior/aumento; já as 
setas para baixo () significam 
menor/diminui/diminuição. 
 
OBS! A pressão de vapor da água é a pressão parcial 
(Ph2o) exercida pelas moléculas de água para escapar 
da superfície. Essa valor depende inteiramente da 
temperatura da água, pois quanto  a temperatura, 
 a atividade cinética da moléculas,  a 
probabilidade de as moléculas de água escaparem 
da superfície da água para a fase gasosa. Como o 
organismo mantêm uma temperatura relativamente 
estável de 37 ºC, a Ph2o é igual a 47 mmHg. 
 
OBS! Portanto, resumindo o supracitado, 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, que é proporcional 
à diferença da pressão parcial do gás entre as duas 
áreas, denominada, simplesmente, diferença de 
pressão que causa difusão. 
 
Intensidade de difusão dos líquidos 
 A intensidade de difusão dos líquidos (taxa de 
difusão – 𝐷) depende, então, da diferença de pressão 
parcial do gás entre as duas extremidades da via de 
difusão (∆𝑃), solubilidade do gás no líquido (𝑆), área 
de corte transversal do líquido (𝐴), distância pela qual 
o líquido precisa se difundir (𝑑), peso molecular do 
gás (𝑃𝑀) e a temperatura do líquido (no corpo, a 
temperatura permanece razoavelmente constante e, 
nas condições normais, não precisa ser considerada). 
A proporcionalidade desses fatores segue a equação 
abaixo: 
Figura 1. Difusão de oxigênio de extremidade de uma câmara para a 
outra. A diferença 
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2 
 
𝐷 ∝
∆𝑃 × 𝐴 × 𝑆
𝑑 × √𝑃𝑀
 
 Por conseguinte, padronizou-se que o 
coeficiente de difusão do O2 é 1, logo, forma-se a 
tabela dos diferentes coeficientes de difusão relativa 
dos diferentes gases com importância respiratória: 
 
 
OBS! A difusão dos gases através dos tecidos 
respiratórios não é atrapalhada pelas membranas 
celulares (como é visto comparando as duas tabelas 
apresentadas), pois esses gases são muito 
lipossolúveis. Ou seja, o principal limitante da difusão 
dos gases na membrana respiratória é a intensidade 
com que os gases conseguem se difundir pela água 
tecidual → difusão dos gases pelos tecidos ≈ difusão 
dos gases na água. 
 
Diferenças entre ar alveolar e atmosférico 
Umidificação do ar nas vias respiratórias 
 As vias respiratórias são cobertas por líquidos 
que recobrem e hidratam essas superfícies. Quando 
o ar entra nessas vias, a pressão de vapor das vias 
aéreas (47 mmHg) joga vapor de água no ar 
inspirado, umidificando-o. Como ocorre  [H2O] no 
ar inspirado, sem a modificação dos outros gases, 
ocorre a diluição da pressão parcial dos outros gases 
(analisar a figura 2). 
 
Renovação lenta do ar alveolar 
 Suponhamos que a capacidade funcional 
residual (volume de ar remanescente após uma 
expiração normal) mede cerca de 2300 mililitros. 
Todavia, como há a presença do espaço morto 
anatômico (espaço que o ar ocupa nas estruturas 
condutoras das vias respiratórias), apenas cerca de 
350 mL de ar chega aos alvéolos. Dessa forma, 
somente uma pequena parte do ar alveolar tido na 
primeira inspiração é expirado, cerca de 1/7 do total. 
Sendo assim, necessita-se de respirações sucessivas 
para renovar o ar alveolar, que vai sendo substituído 
lentamente. 
 
 
 
 Esse mecanismo de renovação lenta do ar 
alveolar é importante, pois evita mudanças 
repentinas nas concentrações de gases no sangue, 
tornando o mecanismo de controle respiratório mais 
estável, e ajuda a evitar aumentos e quedas 
excessivos da oxigenação tecidual, da concentração 
tecidual de CO2, e do pH tecidual, quando a 
respiração é interrompida temporariamente 
 
Concentração de oxigênio alveolar 
 A [O2] nos alvéolos e a Po2 são controladas por 
dois fatores: 
• Intensidade de absorção do O2 pelo sangue → 
quanto  a absorção,  a [O2] alveolar 
• Intensidade de entrada de novo O2 nos pulmões 
pelo ventilação pulmonar → quanto  a entrada, 
 [O2] 
 Então, por exemplo, em um exercício físico 
moderado, ocorre  da absorção sanguínea de O2, 
 o oxigênio alveolar. Por conseguinte, para regular 
esse fator, ocorre aumento da ventilação alveolar ( 
entrada de O2 nos pulmões e da sua renovação nos 
alvéolos), que  novamente a oxigenação alveolar, 
permitindo a maior absorção sanguínea. 
 Outrossim, em uma pessoa respirando ar 
atmosférico, o aumento extremamente acentuado na 
ventilação pulmonar nunca aumenta a Po2 acima de 
149 mmHg, pois essa é a máxima pressão parcial do 
O2 no ar umidificado que chega aos alvéolos (olhar a 
figura 2); além de que, também, os alvéolos são 
lentamente renovados, o que não permite que fique 
apenas ar oxigenado nos alvéolos ( a maior PO2 
Figura 2. Pressões parciais dos gases respiratórios (em mmHg) quando entram 
e saem dos pulmões. 
Figura 3. Na ilustração, demonstra um alvéolo com o ar de uma primeira 
inspiração (representado pelas bolinhas vermelhas); com as sucessivas 
respirações, a quantidade do ar da primeira inspiração vai se rareando 
aos poucos, até ficar quase inexistente, como na 16ª respiração. 
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alveolar possível). Se a pessoa respirar um ar com Po2 
maior que a atmosférica, pode-se chegar a esse valor. 
Concentração de dióxido de carbono nos alvéolos 
 Da mesma maneira que o O2, a [CO2] alveolar e 
a Pco2 são influenciadas por 2 fatores principais: 
• Quantidade da excreção de CO2 do sangue para 
os alvéolos → quanto  a excreção de CO2,  a 
[CO2] e a Pco2 
• Ventilação pulmonar → quanto  a ventilação 
pulmonar,  a [CO2] e a Pco2 
 
Difusão de gases através da membrana respiratória 
 A unidade respiratória é tida pelo conjunto 
bronquíolo respiratório, ductos alveolares, átrios e 
alvéolos, onde ocorrem as trocas gasosas. 
 As paredes 
alveolares são 
extremamente finas e,entre os alvéolos, existe 
malha quase sólida de 
capilares 
interconectados, o que 
potencializa fortemente 
as trocas gasosas. 
 Para mais 
informações sobre a 
estrutura do parênquima 
pulmonar, olhar o resumo 
“Histologia do Sistema 
Respiratório” no Passei 
Direto, que traz todas as 
informações histológicas e 
estruturais do sistema respiratório. 
 
OBS! Lembrar que a membrana respiratória 
(membrana que separa o ar alveolar do sangue nos 
capilares) é formada pelas seguintes estruturas (de 
fora para dentro): 
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 
 
 
Figura 4. O gráfico demonstra o efeito da ventilação pulmonar sobre a PO2 em 
duas intensidades diferentes de absorção de oxigênio nos alvéolos - a linha 
vermelha é na absorção de oxigênio à 250 mL/min; já a azul pontilhada é na 
absorção de 1000 mL/min. Observe que o ponto A retrata o ponto ideal de PO2 
nos alvéolos para o organismo; então, toda vez que ocorre uma diminuição 
dessa pressão parcial nos alvéolos, ocorrerá  da ventilação pulmonar. Além 
disso, perceba que a PO2 não chega ao limite superior, mesmo na ventilação 
máxima. 
Figura 5. Efeito da ventilação sobre a pressão parcial de dióxido de 
carbono (Pco2) alveolar em duas intensidades de excreção de dióxido 
de carbono do sangue — 800 mL/min (pontilhado azul) e 200 mL/min 
(linha vermelha). O ponto A é o ponto operacional normal. 
Figura 6. Unidade respiratória 
Figura 7. O esquema retrata a 
composição da membrana 
respiratória alveolar, também 
chamada de membrana 
hematoalveolar. 
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Fatores que afetam a difusão através da membrana 
respiratória 
 De acordo com a equação já citada, a difusão 
pela membrana hematoalveolar vai ser determinada 
pela: espessura da membrana, área superficial da 
membrana, coeficiente de difusão do gás e a 
diferença de pressão parcial do gás entre os dois 
lados da membrana. 
 Algumas condições que podem diminuir a 
intensidade dessa difusão são: 
• Edema no espaço intersticial: aumenta a espessura 
da membrana respiratória 
• Fibrose dos pulmões: também aumenta a 
espessura do interstício 
• Enfisema: alvéolos coalescem e a área superficial 
total da membrana diminui muitas vezes 
 
OBS! Em determinada diferença de pressão, o CO2 
se difunde por cerca de 20 vezes mais rápido que o 
O2. O oxigênio se difunde cerca de duas vezes mais 
rápido que o nitrogênio 
 
 Então, reforçando o conceito de difusão nas 
trocas pulmonares: Quando a pressão parcial do gás 
nos alvéolos é maior do que a pressão do gás no 
sangue, como é o caso do O2, ocorre difusão efetiva 
dos alvéolos para o sangue; quando a pressão do gás 
no sangue é maior do que a pressão parcial nos 
alvéolos, como é o caso do CO2, ocorre difusão 
efetiva do sangue para os alvéolos. 
 
Capacidade de difusão da membrana respiratória 
 A capacidade de difusão da membrana 
respiratória é a capacidade dessa membrana de 
trocar um gás entre os alvéolos e o sangue pulmonar, 
que é definido como o volume de gás que se 
difundirá através da membrana a cada minuto, para a 
diferença parcial de 1 mmHg. 
 O oxigênio, em um indivíduo em repouso, tem 
capacidade de difusão de cerca de 21 
mL/min/mmHg. A Po2 é cerca de 11 mmHg; portanto, 
multiplicando esses dois fatores (11 x 21 = 230), 
achamos que cerca de 230 mL de O2 de difunde pela 
membrana respiratória a cada minuto → esse valor é 
igual a intensidade de utilização de O2 pelo corpo em 
repouso. Em exercícios físicos, a capacidade de 
difusão aumenta várias vezes (máximo=65 
mL/min/mmHg), devido à abertura de muitos 
capilares pulmonares, dilatação de capilares e melhor 
proporção ventilação-perfusão. 
 O CO2 se difunde muito rapidamente, como 
demonstrado, cerca de 20x a velocidade do O2; 
então, a capacidade de difusão desse gás em um 
indivíduo em repouso é de cerca de (21x20=) 420 
mL/min/mmHg. 
 
Proporção Ventilação-Perfusão 
 Essa proporção é um conceito criado para juntar 
os dois processos de aumento da trocas gasosas, que 
é a ventilação alveolar e o fluxo sanguíneo alveolar. 
 Essa proporção é tida pela fórmula 
𝑉𝑎
𝑄
, em que Va 
é a ventilação alveolar e Q é a perfusão sanguínea. 
• Quando Va=0 (não há ventilação alveolar), Q>0 
(há perfusão sanguínea pulmonar), a proporção é 
igual a 0 → não há ventilação, então ocorre difusão 
dos gases entre alvéolo-sangue até que fique em 
equilíbrio de pressão parcial dos gases os dois 
meios; o ar alveolar fica com Po2 é igual a 40 
mmHg e a Pco2 é de 45 mmHg (valores do sangue 
venoso normal). 
• Quando a Va>0 (há ventilação alveolar), Q=0 (não 
há perfusão sanguínea), a proporção é infinita → 
não há troca gasosa com o sangue, o sangue 
alveolar é igual ao ar umidificado nas vias 
respiratórias; o ar alveolar fica com Po2 de 149 
Figura 8. Capacidades de difusão do monóxido de carbono, do 
oxigênio e do dióxido de carbono, nos pulmões normais, sob 
condições de repouso e durante o exercício. 
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mmHg e Pco2 de 0 mmHg (valores do ar 
umidificado normal). 
• Quando Va>0, Q>0, a proporção é um número 
real → ocorre trocas de O2 e CO2 entre os alvéolos 
e o sangue pulmonar; sob condições normais, a 
PO2 do ar alveolar é de 104 mmHg e a PCO2 de 40 
mmHg em média. 
 Nas proporções 0 e infinita, não há troca gasosa 
através da membrana respiratória do alvéolo afetado. 
 Dessa forma, com a proporção criada, pode-se 
fazer um diagrama do quociente ventilação-
perfusão, que fica da seguinte maneira: 
Derivação fisiológica 
 Sempre que Va/Q estiver abaixo do normal, 
ocorre ventilação inadequada para oxigenar 
completamente o sangue que flui pelos capilares. 
Com isso, uma parte do sangue venoso que atravessa 
os capilares pulmonares não é oxigenado; essa 
fração sanguínea é denominado sangue derivado. O 
montante quantitativo total de sangue derivado por 
minuto é denominado derivação fisiológica. 
 A derivação fisiológica é analisada 
laboratorialmente para ver a função pulmonar → 
Quanto  a derivação fisiológica,  a quantidade de 
sangue que não consegue ser oxigenada, enquanto 
atravessa os pulmões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11:Diagrama normal do quociente ventilação-perfusão (Va/Q) 
de pressão parcial de oxigênio (Po2) pela pressão parcial de dióxido de 
carbono (Pco2) nos alvéolos.