Transporte de oxigenio e CO2 no sangue P3

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40 Transporte de Oxigênio e Dióxido de Carbono no Sangue
Quando o oxigênio se difunde dos alvéolos para o sangue pulmonar, ele é transportado para os capilares dos tecidos periféricos, quase totalmente em combinação com a hemoglobina. A presença de hemoglobina nas hemácias permite que o sangue transporte de 30 a 100 vezes mais oxigênio do que seria transportado dissolvido.
Nas células dos tecidos corporais, o oxigênio reage com diversos nutrientes, formando grande quantidade de dióxido de carbono. Esse CO2 penetra nos capilares dos tecidos e é transportado de volta aos pulmões.
Obs: no sangue, o dióxido de carbono também se combina com substâncias químicas no sangue que aumentam seu transporte por 15 a 20 vezes.
Transporte de oxigênio dos pulmões para os tecidos corporais
· O oxigênio se difunde dos alvéolos para o sangue dos capilares pulmonares porque a PO2 nos alvéolos é MAIOR que a PO2 no sangue capilar pulmonar.
· Nos outros tecidos do corpo, a PO2 maior no sangue capilar do que nos tecidos faz com que o oxigênio se difunda para as células adjacentes.
· Por outro lado, quando o oxigênio é metabolizado pelas células, formando CO2, a pressão parcial intracelular de CO2 aumenta, o que faz com que essa substância se difunda para os capilares teciduais.
· Depois que o sangue flui para os pulmões, o CO2 se difunde para fora do sangue até os alvéolos, uma vez que a PCO2 no sangue capilar pulmonar é maior do que nessas estruturas.
Assim, o transporte de oxigênio e de dióxido de carbono pelo sangue depende tanto da difusão quanto do fluxo de sangue.
Difusão do oxigênio dos alvéolos para o sangue capilar pulmonar
· A PO2 do oxigênio gasoso no alvéolo é, em média, 104 mmHg,enquanto a PO2 do sangue venoso que entra nos capilares pulmonares (na porção arterial) é em torno de apenas 40 mmHg porque grande quantidade de oxigênio foi removida desse sangue enquanto ele passava pelos tecidos periféricos.
· Portanto, a diferença de pressão inicial que faz com que o oxigênio se difunda para os capilares é de 64 mmHg (104-40).
· Enquanto o sangue passa pelos capilares, ocorre um rápido aumento da PO2 sanguínea até o nível da PO2 do ar alveolar.
Captação de oxigênio pelo sangue pulmonar durante o exercício
· Durante o exercício intenso, o corpo da pessoa pode precisar de até 20x mais da quantidade normal de oxigênio. Além disso, devido ao maior débito cardíaco durante a atividade física, o tempo que o sangue permanece nos capilares pulmonares pode ser reduzido a menos da metade do normal.
· Contudo, devido ao grande fator de segurança da difusão de oxigênio através da membrana pulmonar, o sangue ainda fica quase saturado com oxigênio quando deixa os capilares pulmonares.
· Explicação: 
1) Em primeiro lugar, a capacidade de difusão do oxigênio praticamente triplica durante o exercício (o que resulta do aumento da superfície dos capilares que participam da difusão e da proporção ventilação-perfusão mais próxima do ideal na parte superior dos pulmões). 
2) Em segundo lugar, sob condições de repouso, o sangue fica quase saturado com oxigênio quando já percorreu um terço do capilar pulmonar, e pouco oxigênio extra entra no sangue durante os últimos dois terços do percurso. Ou seja, o sangue normalmente permanece nos capilares pulmonares 3x mais tempo que o necessário para causar oxigenação total.
Portanto, no exercício, mesmo com menos tempo de exposição do sangue nos capilares, o sangue, ainda assim, fica totalmente oxigenado (ou quase isso).
Transporte de oxigênio no sangue arterial
· Cerca de 98% do sangue que entra no átrio esquerdo, proveniente dos pulmões, acabou de passar pelos capilares alveolares e foi oxigenado até PO2 em torno de 104 mmHg.
· Os outros 2% do sangue vem da aorta, pela circulação brônquica que supre basicamente os tecidos profundos dos pulmões, e não é exposta ao ar pulmonar. Esse fluxo é denominado fluxo de derivação, significando que o sangue é desviado para fora das áreas de trocas gasosas.
· Ao deixar os pulmões, a PO2 do sangue da derivação fica em torno da PO2 do sangue venoso sistêmico normal (40 mmHg).
· Quando esse sangue se combina nas veias pulmonares com o sangue oxigenado dos capilares alveolares, essa mistura venosa de sangue faz com que a PO2 do sangue que chega ao coração esquerdo e é bombeado para a aorta diminua para cerca de 95 mmHg.
Difusão de oxigênio dos capilares pulmonares para o líquido tecidual
· Quando o sangue arterial chega aos tecidos periféricos, sua PO2 nos capilares ainda é 95 mmHg. Contudo, a PO2 no líquido intersticial é de apenas 40 mmHg. Assim, a diferença entre as pressões é muito grande, o que faz com que o oxigênio se difunda rapidamente do sangue capilar para os tecidos.
· Essa difusão ocorre tão rapidamente que a PO2 capilar diminui, quase se igualando à pressão do interstício. 
· Portanto, a PO2 do sangue que deixa os capilares dos tecidos e entra nas veias sistêmicas é também de aproximadamente 40 mmHg.
Obs: Em suma, a PO2 tecidual é determinada pelo balanço entre a intensidade do transporte de oxigênio pelo sangue para os tecidos (intensidade do fluxo sanguíneo) e pela intensidade da utilização do oxigênio pelos tecidos.
· Se o fluxo de sangue por determinado tecido aumentar, maior quantidade de oxigênio é transportada para os tecidos, e a PO2 tecidual fica correspondentemente maior. Entretanto, o limite superior a que a PO2 pode atingir, mesmo com o fluxo sanguíneo máximo, é 95 mmHg, porque essa é a pressão do oxigênio no sangue arterial. Por outro lado, se o fluxo de sangue pelo tecido diminui, a PO2 tecidual também diminui.
· Se as células usarem mais oxigênio para seu metabolismo do que o normal, ocorre redução da PO2 do líquido intersticial.
Difusão de oxigênio dos capilares periféricos para as células teciduais
· O oxigênio está sempre sendo utilizado pelas células. Portanto, a PO2 intracelular, nas células dos tecidos periféricos, permanece menor do que a PO2 nos capilares periféricos. Além disso, em muitos casos existe a distância física considerável entre os capilares e as células.
· Por isso, a PO2 intracelular normal varia de tão baixa quanto 5 mmHg a tão alta quanto 40 mmHg, sendo, em média, de 23 mmHg.
· Na medida em que apenas 1 a 3 mmHg são normalmente necessários para o suporte total dos processos químicos que utilizam oxigênio na célula, mesmo essa PO2 baixa de 23 mmHg é mais do que adequada, e proporciona grande fator de 
segurança.
Difusão de dióxido de carbono das células teciduais para os capilares pulmonares, e deles para os alvéolos
· Quando o oxigênio é usado pelas células, virtualmente, todo ele se torna dióxido de carbono, o que aumenta a PCO2 intracelular. Devido a essa PCO2 elevada, o dióxido de carbono se difunde das células para os capilares teciduais, e é, então, transportado pelo sangue para os pulmões.
· Nos pulmões, ele se difunde dos capilares pulmonares para os alvéolos, onde é expirado.
Assim, em cada ponto da cadeia de transporte gasoso o dióxido de carbono se difunde em direção exatamente oposta à difusão de oxigênio. Contudo, por ser 20x mais difundível, as diferenças de pressão necessárias para causar a difusão do CO2 são, em cada instância, bem menores do que as necessárias para causar a difusão de oxigênio.
· As pressões do CO2 são:
· PCO2 intracelular 46 mmHg
· PCO2 intersticial 45 mmHg
· Assim, existe diferencial de pressão de apenas 1 mmHg para que o CO2 passe das células para o líquido intersticial.
· PCO2 do sangue arterial que entra nos tecidos 40 mmHg
· PCO2 do sangue venoso que deixa os tecidos 45 mmHg
· PCO2 do sangue que entra nos capilares pulmonares 45 mmHg
· PCO2 do ar alveolar 40 mmHg
· Ou seja, a diferença de pressão de apenas 5 mmHg faz com que todo o CO2 necessário se difunda dos capilares pulmonares para os alvéolos
· A PCO2 do sangue capilar pulmonar diminui, quase se igualando a PCO2 alveolar, antes de ter percorrido mais de cerca de 1/3 do percurso pelo vaso, como acontece também com o oxigênio (porém, na direção oposta).
Efeito da intensidade do metabolismo tecidual e do fluxosanguíneo na PCO2 intersticial
· A redução do fluxo sanguíneo aumenta a PCO2, e o aumento do fluxo sanguíneo reduz a PCO2.
· O aumento da intensidade metabólica tecidual eleva a PCO2, e a diminuição da intensidade metabólica faz a PCO2 cair.
O papel da hemoglobina no transporte de oxigênio
· Normalmente, cerca de 97% do oxigênio que vai dos pulmões para os tecidos são transportados em combinação química com a hemoglobina das hemácias. Os 3 % restantes são transportados em estado dissolvido na água do plasma.
· Assim, sob condições normais, o oxigênio é transportado para os tecidos quase inteiramente pela hemoglobina.
· A molécula de oxigênio se combina frouxamente e de maneira reversível com a porção heme da hemoglobina.
· Quando a PO2 é alta, como nos capilares pulmonares, o oxigênio se liga à hemoglobina. 
· Quando a PO2 é baixa, como nos capilares teciduais, o oxigênio é liberado da hemoglobina.
· Existe uma curva que mostra o aumento progressivo da porcentagem de hemoglobina ligada ao oxigênio, à medida que a PO2 do sangue aumenta, o que é denominado percentual de saturação de hemoglobina. 
· Na medida em que o sangue que deixa os pulmões e entra nas artérias sistêmicas tem em geral a PO2 de 95 mmHg, é possível ver, a partir dessa curva, que a saturação usual de oxigênio do sangue arterial sistêmico é em media de 97%.
· O sangue da pessoa normal contém cerca de 15 gramas de hemoglobina em cada 100 ml de sangue, e cada grama de hemoglobina pode se ligar ao máximo de 1,34 ml de oxigênio. Portanto, os 15 gramas de hemoglobina em 100 ml de sangue conseguem se combinar com o total quase exato de 20 ml de oxigênio, se a hemoglobina estiver 100% saturada.
· Isso normalmente é expresso como 20 volumes percentuais.
Obs: A hemoglobina quimicamente pura pode se ligar a até 1,39 ml de oxigênio, mas impurezas como a metemoglobina reduzem esse valor para o já discutido.
· A quantidade total de oxigênio ligado à hemoglobina no sangue arterial sistêmico normal, que é 97%, é de cerca de 19,4 ml por 100 ml de sangue. Ao passsar pelos capilares teciduais, essa quantidade é reduzida, em média para 14,4 ml (PO2 de 40 mmHg, hemoglobina 75% saturada).
Assim, sob condições normais, cerca de 5 ml de oxigênio são transportados dos pulmões para os tecidos a cada 100 ml de fluxo sanguíneo.
Transporte de oxigênio durante o exercício físico
· Durante exercício intenso, as células musculares utilizam oxigênio com intensidade acelerada, o que, em casos extremos, pode fazer com que a PO2 do líquido intersticial caia para um valor tão baixo quanto 15 mmHg.
· Nesse ponto de baixa pressão, apenas 4,4 ml de oxigênio permanecem ligados à hemoglobina (em cada 100 ml de sangue). Assim, 15 ml (19,4 -4,4) são a quantidade de oxigênio realmente liberada para os tecidos.
· Desse modo, três vezes mais oxigênio que o normal são liberados para cada volume de sangue que passa pelos tecidos (menos PO2 menos oxigênio ligado na hemoglobina menos oxigênio no sangue pois ele se difunde para os tecidos).
· Além disso, como o débito cardíaco também aumenta durante o exercício, o aumento do transporte de oxigênio pode chegar a até 20x .
Coeficiente de Utilização
· É a porcentagem do sangue que libera seu oxigênio enquanto atravessa os capilares teciduais.
· Valor normal = em torno de 25% (Ou seja, 25% da hemoglobina oxigenada liberou seu oxigênio para os tecidos)
· Durante exercício intenso = Pode aumentar por 75 a 85%.
· E, nas áreas de tecidos locais onde o fluxo é muito lento ou a intensidade metabólica é muito alta, já foram registrados coeficientes de utilização próximos a 100%, ou seja, essencialmente todo o oxigênio sendo liberado para os tecidos.
Efeito Tampão da Hemoglobina na PO2 Tecidual
· Embora a hemoglobina seja necessária para o transporte de oxigênio aos tecidos, ela desempenha outra função essencial à vida Forma um sistema “tampão de oxigênio tecidual”, ou seja, é responsável por estabilizar a pressão do oxigênio nos tecidos. 
Obs: Essa pequena queda adicional da PO2 tecidual no exercício pode ocorrer pela inclinação abrupta da curva de dissociação oxigênio-hemoglobina ou pelo aumento do fluxo sanguíneo tecidual.
Obs 2: Ou seja, ligeira queda da PO2 faz com que grande quantidade de oxigênio extra seja liberada da hemoglobina.
Podemos ver, então, que a hemoglobina no sangue automaticamente libera oxigênio para os tecidos em pressão que é mantida razoavelmente controlada entre 15 e 40 mmHg. 
A ligação da hemoglobina com o O2 depende de alguns fatores: pH, [CO2], variação da temperatura corporal, concentração de 2,3-difosfoglicerato. 
· Temperatura diminui a afinidade da oxiemoglobina. Logo, paciente com febre tem menor capacidade de carrear oxigênio, devendo fazer repouso. 
· [CO2] diminui a afinidade da oxiemoglobina, pois ajuda a levar o pH a ficar ácido, o que é ruim para o corpo – acidose. 
· Efeito Bohr à medida que o sangue passa pelos pulmões, o dióxido de carbono difunde-se do sangue para os alvéolos. Isto reduz a PCO2 e, por causa da diminuição na concentração sanguínea de ácido carbônico, diminui também a concentração de íons H+, aumentando a quantidade de oxigênio que se combina com a hemoglobina, permitindo maior transporte de oxigênio para os tecidos. Num meio mais ácido, diminui a afinidade da oxiemoglobina, de modo que o O2 será liberado para o tecido. 
· [2,3-difosfoglicerato] diminui a afinidade oxiemoglobina.
· Efeito DPG: a concentração normal de 2,3-difosfoglicerato no sangue mantém a curva de dissociação de oxiemoglobina sempre um pouco desviada para a direita. Em condições hipóxicas, a concentração de DPG no sangue aumenta, desviando a curva ainda mais para a direita. Isto faz com que o oxigênio seja liberado para os tecidos a uma pressão a uma PO2 até 10 mmHg superior. 
Contudo, isso faz, também, com que a ligação do oxigênio à hemoglobina seja dificultada. 
· O pH do sangue varia numa faixa normal entre 7,35 e 7,45. 6,8 de pH é incompatível com a vida!!! Uma das razões é que, mesmo que se tenha oxigênio, há menos oferta para as células porque as hemoglobinas saturam-se menos!!!
Transporte de Dióxido de Carbono no Sangue
· O transporte de dióxido de carbono pelo sangue não é tão problemático quanto o de oxigênio, porque mesmo nas condições mais anormais o dióxido de carbono usualmente pode ser transportado em quantidades bem maiores que o O2.
· Entretanto, a quantidade de CO2 no sangue tem muito a ver com o balanço acidobásico dos líquidos corporais. 
· Sob condições normais de repouso, uma média de 4 ml de CO2 é transportada dos tecidos para os pulmões em cada 100 ml de sangue.
· Para começar o processo de transporte de CO2, ele se difunde pelas células dos tecidos na forma de dióxido de carbono molecular dissolvido. Ao entrar nos capilares dos tecidos, essa substância inicia uma série de reações químicas e físicas quase instantâneas, necessárias para o seu transporte.
O transporte do dióxido de carbono no estado dissolvido
· Pequena parte do dióxido de carbono é transportada, no estado dissolvido, para os pulmões. 
· A quantidade de dióxido de carbono dissolvido a 45mmHg (PCO2 no sangue venoso) é de cerca de 2,7 ml/dl (2,7 volumes percentuais).
· A quantidade de dióxido de carbono dissolvido a 40 mmHg (PCO2 no sangue arterial) é aproximadamente 2,4 ml/dl. Ou seja, a diferença entre a quantidade de CO2 dissolvida no sangue venoso e no sangue arterial é de 0,3 ml/dl
· Portanto, apenas cerca de 0,3 ml de dióxido de carbono é transportado na forma dissolvida, por cada 100 ml de fluxo sanguíneo, correspondendo a 7% de todo o CO2 transportado.
Transporte do dióxido de carbono na forma de bicarbonato FORMA MAIS IMPORTANTE!
· O dióxido de carbono dissolvido no sangue reage com a água, formando ácido carbônico. Essa reação ocorreria bem mais lentamente, para ser relevante, se não fosse pelo fato de existir nas hemácias a enzima denominada anidrase carbônica, que catalisa a reação.
· Portanto, em vez de levar muitos segundos a minutos para ocorrer, como no plasma, a reação ocorre tão rapidamentenas hemácias que atinge o equilíbrio em pouca fração de segundo, o que permite que uma quantidade enorme de CO2 reaja com a água das hemácias, até mesmo antes do sangue deixar os capilares teciduais.
· Em outra fração de segundo, o ácido carbônico formado nas hemácias se dissocia em íons hidrogênio e íons bicarbonato. 
· Grande parte dos íons hidrogênio então se combina com a hemoglobina nas hemácias (uma vez que essa proteína é um poderoso tampão ácido-básico).
· Por sua vez, grande parte dos íons bicarbonato se difunde das hemácias para o plasma, enquanto íons cloreto tomam o caminho oposto (vão para dentro das hemácias, “substituindo” os íons bicarbonato).
· Isso é possibilitado pela presença da proteína carreadora de bicarbonato-cloreto que existe na membrana das hemácias.
· Assim, o conteúdo de cloreto das hemácias venosas é maior do que o das hemácias arteriais (pois essas possuem mais O2 que CO2), fenômeno denominado desvio do cloreto.
· A combinação reversível do dióxido de carbono com a água nas hemácias é responsável por cerca de 70% do transporte dessa substância dos tecidos para os pulmões.
Obs: Quando inibidor da anidrase carbônica (acetazolamida) é administrado a animal para bloquear a ação dessa enzima, o transporte de dióxido de carbono fica tão deficiente que a PCO2 pode aumentar o dobro do normal.
Transporte do CO2 em Combinação com Proteínas Plasmáticas
· Além de reagir com a água, o dióxido de carbono reage diretamente com radicais amina da molécula de hemoglobina, formando o composto carbaminoemoglobina por reação reversível que ocorre com elo fraco, de modo que o CO2 é facilmente liberado para os alvéolos.
· Pequena quantidade de dióxido de carbono também reage da mesma maneira com as proteínas plasmáticas nos capilares teciduais.
· Bem menos significativo para o transporte
· A quantidade de dióxido de carbono que pode ser carreada dos tecidos periféricos para os pulmões pela combinação de carbamino com hemoglobina e proteínas plasmáticas representa cerca de 30% da quantidade total transportada.
· Ou seja, 1,5 ml de CO2 a cada 100 ml de sangue.
· Reações mais lentas, portanto, na prática, não devem representar mais que 20% do transporte.
Curva de dissociação do dióxido de carbono
· A concentração normal de dióxido de carbono no sangue em todas as duas formas é de cerca de 50 volumes percentuais, mas apenas 4 volumes percentuais são trocados durante o transporte normal dos tecidos para os pulmões.
· Ou seja, a concentração aumenta para 52 volumes percentuais à medida que o sangue passa para os tecidos, e cai para cerca de 48 volumes percentuais à medida que o sangue passa pelos pulmões.
O efeito Haldane
· Já foi visto que o aumento do dióxido de carbono sanguíneo desloca o oxigênio da hemoglobina (Efeito Bohr), o que é muito importante para aumentar o transporte de oxigênio.
· O inverso também é verdadeiro: a ligação do oxigênio com a hemoglobina tende a deslocar dióxido de carbono do sangue Efeito Haldane.
· Quantitativamente mais importante na promoção do transporte de CO2 do que o efeito Bohr na promoção do transporte de O2.
· O efeito haldane resulta do simples fato de que a combinação do oxigênio com a hemoglobina nos pulmões faz com que a hemoglobina passe a atuar como ácido mais forte, o que desloca dióxido de carbono do sangue e para os alvéolos, de duas maneiras:
· Quanto mais ácida a hemoglobina, menos ela tende a se combinar com o CO2 para formar carbaminoemoglobina, deslocando assim grande parte dessa substância presente na forma de carbamino do sangue.
· A maior acidez da hemoglobina também faz com que ela libere muitos íons hidrogênio que se ligam aos íons bicarbonato para formar ácido carbônico. Por sua vez, o ácido carbônico se dissocia em água e CO2, e esse dióxido de carbono formado é liberado do sangue para os alvéolos e, finalmente, para o ar.
Assim, o efeito Haldane praticamente duplica a quantidade de dióxido de carbono liberada do sangue, nos pulmões, e praticamente duplica a captação de oxigênio nos tecidos.
Proporção das Trocas Respiratórias
· O transporte normal de oxigênio dos pulmões para os tecidos, por cada 100 ml de sangue é de aproximadamente 5 ml, enquanto o transporte normal de dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões é de aproximadamente 4 ml.
· Assim, sob condições normais de repouso, apenas cerca de 82% mais dióxido de carbono são expirados do que oxigênio é captado pelos pulmões.
· A proporção do débito de dióxido de carbono em relação à captação de oxigênio é denominada proporção de trocas respiratórias (R) ou quociente respiratório
R = 
· O valor de R muda sob condições metabólicas diferentes. Quando a pessoa está utilizando exclusivamente carboidratos para o metabolismo, R sobe para 1. 
· Por outro lado, quando a pessoa está utilizando gordura como energia metabólica, R cai para 0,7.
· Explicação Quando o oxigênio é metabolizado com carboidratos, uma molécula de CO2 é formada para cada O2 consumido. Quando o oxigênio reage com gorduras, grande parcela dele forma água ao invés de CO2.
Observações Finais Anotações de aula
· Quando uma pessoa sobe uma montanha ou anda de avião, a PO2 alveolar pode cair facilmente para abaixo do normal. Por outro lado, quando a pessoa entra em área de ar comprimido, como nas profundezas do mar ou em câmaras pressurizadas, a PO2 alveolar aumenta facilmente. Mesmo assim, a PO2 tecidual pouco se altera.
· Em casos de pneumonia, a quantidade de secreção diminui a PO2. Se cair suficientemente para chegar a menos de 60, a ligação da hemoglobina com o oxigênio diminui drasticamente. 
· Em casos de anemia, ainda que a bomba pulmonar esteja funcionante, a perda acentuada de sangue leva a uma menor quantidade de hemoglobina, de maneira que o transporte de oxigênio é prejudicado.
· Aumento da concentração intracelular de ADP aumenta o consumo de oxigênio para liberar energia, a fim de reconverter o ADP em ATP. 
· O sangue venoso é menos avermelhado porque a hemoglobina está reduzida, ou seja, sem ligação com oxigênio, e é a hemoglobina oxidada que dá cor vermelha ao sangue.
· Se a hemoglobina for tamponada, isto é, ligada a algum outro composto, como o monóxido de carbono, ela não conseguirá carrear o oxigênio. Para liberar essa hemoglobina retirando o CO, convém aumentar a pressão parcial de O2, inclusive, com ventilação mecânica.
· A hemoglobina também tampona o próton de hidrogênio, não permitindo que o sangue fique ácido demais e a captação de oxigênio diminua. 
Nas condições basais, os tecidos necessitam de cerca de 5 ml de oxigênio de cada 100 ml de sangue que passa pelos capilares teciduais
Porém,para os 5 ml de oxigênio serem liberados para os 100 ml de fluxo sanguíneo, é preciso que a PO2 caia para cerca de 40 mmHg
Portanto, a PO2 tecidual não pode aumentar acima de 40 mmHg, uma vez que, caso isso aconteça, a quantidade de oxigênio necessária para os tecidos não será liberada.
Dessa forma, a hemoglobina normalmente estabelece o limite superior da pressão do oxigênio nos tecidos, em torno de 40 mmHg
Por outro lado, durante exercício intenso, quantidade extra de oxigênio precisa ser liberada da hemoglobina, o que pode ser atingido por pequena queda adicional da PO2 tecidual.