FIB018 Educacao Fisica D RS2

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Prof. Dr. Remo Castro Russo – remo@ufmg.br
Fisiologia do Sistema 
Respiratório:
ADVERTÊNCIA LEGAL
Fisiologia do Sistema Respiratório:
• Funções e estrutura básica do sistema respiratório;
• Mecânica da ventilação,
• Ventilação alveolar, volumes e capacidades pulmonar,
• Fluxo sanguíneo pulmonar,
• Troca gasosa - Relação ventilação/perfusão (V/Q),
• Troca gasosa – Difusão,
• Transporte de gases no sangue,
• Controle da ventilação,
• Respiração em diferentes condições:
Altitude, Mergulho, Exercício Físico
Doenças pulmonares – Asma, Enfisema, Fibrose e COVID-19
FIB018 
Educação
Física D
Conteúdo:
Fisiologia do Sistema Respiratório:
• Funções e estrutura básica do sistema respiratório;
• Mecânica da ventilação,
• Ventilação alveolar, volumes e capacidades pulmonar,
• Fluxo sanguíneo pulmonar,
• Troca gasosa - Relação ventilação/perfusão (V/Q),
• Troca gasosa – Difusão,
• Transporte de gases no sangue,
• Controle da ventilação,
• Respiração em diferentes condições:
Altitude, Mergulho, Exercício Físico
Doenças pulmonares – Asma, Enfisema, Fibrose e COVID-19
FIB018 
Educação
Física D
Conteúdo:
Consideração Inicial
• As células do organismo humano são essencialmente aeróbias.
• Não há reserva de O2 no organismo.
Sistema 
Respiratório
Principais
funções: Principais funções:• Extração de O2 do ambiente e eliminação de CO2,
• Interface: Ar – Capilar (Difusão),
• Interface: Defesa e resposta imune,
• Transporte gasoso pelo sangue e difusão,
• Controle dos níveis sistêmicos de O2, CO2 e equilíbrio ácido-base,
• Adaptação a altitude,
Finalidade
• Manutenção dos níveis ideais de gases envolvidos na respiração e
metabolismo energético celular.
Estágios da 
respiração:
Fluxo sanguíneo pulmonar
Extração de O2 do ambiente e eliminação de CO2
Fluxo sanguíneo pulmonar
Fluxo sanguíneo pulmonar
Fluxo sanguíneo pulmonar
Fluxo sanguíneo pulmonar
Artéria pulmonar
- Vascularização alveolar
- Baixa pressão (24/9 mmHg)
- Transporta sangue venoso
- Transporta sangue arterial
- Apresenta pressão de O2 e CO2 em 
equilíbrio com ar alveolar
Veia pulmonar
Artéria bronquial
- Circulação sistêmica (120/80 mmHg)
- Transporta sangue arterial
Componentes do Sistema respiratório
3
Resin cast of pulmonary arteries and airwaysResin cast of pulmonary veins and airways
Fluxo sanguíneo pulmonar
- Fluxo sanguíneo = débito cardíaco
- ↓ pressão arterial
- ↓ Resistência
- 9% do volume sanguíneo total
Circulação pulmonar
- Reservatório sanguíneo
- ↑ Complacência
Fluxo sanguíneo pulmonar
DIFUSÃO DE O2 E CO2 AO LONGO DO CAPILAR
- Tempo de equilíbrio: 0,25 s
- Gradiente de pressão: 60 
mmHg
Difusão do O2
- Tempo de equilíbrio: 0,5 s
- Gradiente de pressão: 6 
mmHg
Difusão do CO2
Fluxo sanguíneo pulmonar
PERFUSÃO SANGUÍNEA PULMONAR
- Não homogênea: tb varia da
base para o ápice pulmonar;
- Posição ereta: base > ápice;
- Efeitos da gravidade
Perfusão alveolar
15 mmHg <
8 mmHg >
nível do coração
Fluxo sanguíneo pulmonar
VENTILAÇÃO EM DIFERENTES REGIÕES PULMONARES
- Não homogênea: varia da base
para o ápice pulmonar;
- Posição ereta: base > ápice;
- Efeitos da gravidade.
Fluxo sanguíneo pulmonar
EFEITOS DE 
ALTERAÇÕES NA 
VENTILAÇÃO-
PERFUSÃO
- PAO2 = PaO2
- PACO2 = PaCO2
VA/Q = 1
- PvO2 = PAO2 =PaO2
- PvCO2 = PACO2 = PaCO2
VA/Q = 0
Obstrução das vias aéreas -
> desvio Fisiológico:
- Atelectasia
- Muco
- Tumores
- PAO2 = PinspO2
- PACO2 = PinspCO2
VA/Q = ∞
Obstrução do fluxo 
sanguíneo -> volume 
morto fisiológico:
- Embolia pulmonar
Unidade alveolar 
normal : equilíbrio 
das Pp dos gases no 
alvéolo e no capilar
Troca de gases
Princípio da Difusão
Movimento sem gasto energético
Todas as moléculas possuem energia cinética própria e se dirigem do lado mais 
concentrado para o menos concentrado
Troca de gases
Difusão de O2 e CO2 
Pulmões
Tecidos periféricos
Lei dos Gases
Lei Geral dos Gases
PV=nRT
Onde:
P= Pressão (mmHg)
V= Volume (L)
N= Moles (mol)
R= Constante dos gases
T= Temperatura (K)
CNTPS (T= 0o ou 273K, P=760 mmHg, e gás 
seco)
TRATO RESPIRATORIO CNTPS em BTPS: 
Gases em fase gasosa
temperatura corpórea = 37o ou 310K, P=760 barométrica, e 
gás saturado com vapor d’água 
Lei de Boyle-Mariotte
O Produto da pressão pelo volume de gás é constante em 
uma determinada temperatura
P1V1=P2V2
Diafrágma à Decréscimo de pressão gasosa à fluxo de ar
Ventilação
Troca de gases
PRESSÃO PARCIAL DOS GASES
Pressão parcial de um gás
Lei de Dalton: 
Pparcial = Patm x Fgás
Saturação com vapor d’água
Pparcial = (Patm – PH2O) x Fgás
N2 = 0,79
O2 = 0.21
CO2 = 0.0004
Fração decimal: gases atmosféricos
Troca de gases
Lei de Fick: Difusão dos gases
Difusão simples dos gases pelas membranas 
celulares e paredes capilares
Taxa de transferência de difusão (Vx) é 
diretamente proporcional a forca impulsora, a 
um coeficiente de difusão e a área disponível 
para difusão:
Vx= D A ΔP/ΔX
Onde:
Vx= Volume do gás transferido por unidade de 
tempo
D= Coeficiente de difusão do gás
A= área superficial
ΔP= Diferença de pressão parcial do gás
ΔX=espessura da membrana
Lei de Henry das concentrações de gases dissolvidos: 
gases em solução 
A pressão parcial de um gás na fase liquida é igual à 
pressão na fase gasosa
O Sangue capilar está em equilíbrio com o ar alveolar
Cx = Px x Solubilidade
Onde:
Cx= concentração do gás dissolvido
Px= pressão parcial do gás (mmHg)
Solubilidade= solubilidade do gás no sangue (ml de 
gás/100ml sangue/mmHg)
Apenas gás dissolvido e não ligado a hemácias/ 
proteínas plasmáticas
Troca de gases
1. Proporcional:
- Área de superfície
- Diferença de pressão
2. Inversamente proporcional:
- Espessura
Lei de Fick
Transporte de O2 e CO2 no sangue
1. Dissolvido
- Lei de Henry:
- Pressão parcial
- Solubilidade
Troca de gases
FATORES QUE AFETAM VELOCIDADE DA 
DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA 
RESPIRATÓRIA
1) Espessura da membrana
Ex: edema, fibrose
2) A área superficial da membrana
Ex: enfisema, remoção total pulmão
3) Coeficiente de difusão
Ex: o CO2 se difunde 20 x / O2 e 2 x / N2
4) Diferença de pressão
Ex: (Difusão efetiva do O2) pressão do gás nos
alvéolos é > do que a do sangue
Conceito de doenças com impacto funcional
na respiração
Enfisema pulmonar
Troca de gases
FATORES QUE AFETAM VELOCIDADE DA 
DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA 
RESPIRATÓRIA
1) Espessura da membrana
Ex: edema, fibrose
2) A área superficial da membrana
Ex: enfisema, remoção total pulmão
3) Coeficiente de difusão
Ex: o CO2 se difunde 20 x / O2 e 2 x / N2
4) Diferença de pressão
Ex: (Difusão efetiva do O2) pressão do gás nos
alvéolos é > do que a do sangue
Fibrosis/emphysema	pressure/volume	curve.	Berne	et	al.,	2004
Fibrose pulmonar
Reparo não funcional por tecido conjuntivo
Conceito de doenças com impacto funcional
na respiração
Troca de gases
FATORES QUE AFETAM VELOCIDADE DA 
DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA 
RESPIRATÓRIA
1) Espessura da membrana
Ex: edema, fibrose
2) A área superficial da membrana
Ex: enfisema, remoção total pulmão
3) Coeficiente de difusão
Ex: o CO2 se difunde 20 x / O2 e 2 x / N2
4) Diferença de pressão
Ex: (Difusão efetiva do O2) pressão do gás nos
alvéolos é > do que a do sangue
Edema pulmonar
É o acúmulo de fluido nos pulmões diminuindo
a eficiência das trocas gasosas (O2 e CO2) 
podendo resultar em insuficiência respiratória. 
É uma consequência comum de problemas
cardíacos, vasculares ou por distúrbios da 
pressão pulmonar. 
Conceito de doenças com impacto funcional
na respiração
Troca de gases
FATORES QUE AFETAM VELOCIDADE DA 
DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA 
RESPIRATÓRIA
1) Espessura da membrana
Ex: edema, fibrose
2) A área superficial da membrana
Ex: enfisema, remoção total pulmão
3) Coeficiente de difusão
Ex: o CO2 se difunde 20 x / O2 e 2 x / N2
4) Diferença de pressão
Ex: (Difusão efetiva do O2) pressão do gás nos
alvéolos é > do que a do sangue
Conceito de doenças com impacto funcional
na respiração
Asma
Troca de gases
FATORES QUE AFETAM VELOCIDADE DA 
DIFUSÃO GASOSA ATRAVÉS DAMEMBRANA 
RESPIRATÓRIA
1) Espessura da membrana
Ex: edema, fibrose
2) A área superficial da membrana
Ex: enfisema, remoção total pulmão
3) Coeficiente de difusão
Ex: o CO2 se difunde 20 x / O2 e 2 x / N2
4) Diferença de pressão
Ex: (Difusão efetiva do O2) pressão do gás nos
alvéolos é > do que a do sangue
Troca de gases
Troca de gases
1. Proporcional:
- Área de superfície
- Diferença de pressão
2. Inversamente proporcional:
- Espessura
Lei de Fick
Transporte de O2 e CO2 no sangue
1. Dissolvido
- Lei de Henry:
- Pressão parcial
- Solubilidade
2. Ligado à proteínas
- Hemoglobina (O2; CO2)
- Proteínas plasmáticas (CO2)
3. Quimicamente modificado
- HCO3- (CO2)
Troca de gases
Formas dos gases em soluçãoDissolvido (lei de Henry)
Ligado (Hemoglobina)
Quimicamente modificado (HCO3-)
Transporte de O2:
3 % dissolvido no plasma
97 % ligado à Hb
(oxihemoglobina)
Hb + O2 HbO2
Transporte de CO2:
7 % dissolvido no plasma
93 % entra na hemácia:
70 % se transforma em HCO3-
23 % ligado à Hb 
carboxihemoglobina
Hb + CO2 HbCO2
Troca de gases
Hemoglobina é aumentar a quantidade de O2 que pode ser carreado por
unidade de volume de sangue. 
água pura
com O2
novo
equilíbrio
+ Hb
PO2>PO2PO2=PO2 PO2=PO2
Troca de gases
HEMOGLOBINA
- 2 subunidades α-globina
- 2 subunidades β-globina
- Grupamentos heme não-
proteicos
Proteína
- Ligação com O2
- Grupamento heme (Fe2+)
Oxi-hemoglobina
- Ligação com CO2
- Terminação NH2
Carbamino-hemoglobina
Oxiemoglobina
Hb saturada de O2
Desoxiemoglobina
Hb sem 1 ou mais
moléculas de O2
Carboxiemoglobina
HbCO
A afinidade da Hb pelo 
CO é 200x > que pelo O2
Deficiência de Hb e /ou hemácia
Reduz o transporte de O2
Troca de gases
Oxiemoglobina
Hb saturada de O2
Desoxiemoglobina
Hb sem 1 ou mais
moléculas de O2
Carboxiemoglobina
HbCO
A afinidade da Hb pelo 
CO é 200x > que pelo O2
Deficiência de Hb e /ou hemácia
Reduz o transporte de O2
Troca de gases
Troca de gases
Curva de Saturação da Hemoglobina
97 % - 19,4 ml O2/100ml
75 % - 14,4 ml O2/100ml
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
%
 d
e 
sa
tu
ra
çã
o 
da
 H
b
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
PO2 (mmHg)
Sangue capilar pulmonar (PO2 = 
104 mmHg)
Sangue venoso (PO2 = 40 mmHg)
Troca de gases
Fatores que alteram a curva de 
saturação da hemoglobina
PCO2, pH, temperatura, 2,3 DPG
Troca de gases
Fatores que alteram a curva de 
saturação da hemoglobina
PCO2, pH, temperatura, 2,3 DPG
Efeito Bohr
Troca de gases
Fatores que alteram a curva de 
saturação da hemoglobina
PCO2, pH, temperatura, 2,3 DPG
Efeito Bohr
Troca de gases
Fatores que alteram a curva de 
saturação da hemoglobina
PCO2, pH, temperatura, 2,3 DPG
Efeito Bohr
Troca de gases
Transporte de O2
Troca de gases
Transporte de CO2
O2
CO2 ligado a Hb
CO2 na forma
de HCO3-
Atividade da
Anidrase
carbônica
Troca de gases
7 % - dissolvido 70 % - HCO3- 23 % - CO2 - Hb
TECIDO CAPILAR SISTÊMICO CAPILAR PULMONAR
• Anidrase Carbonica: Catalisa a rápida conversão de CO2 e água em ácido carbônico, 
prótons e íons bicarbonato. 
• Essa reação ocorreria naturalmente na água, mas tão devagar, que seria incompatível com 
as trocas de gases que ocorrem fisiologicamente. 
• Acelera essa reação a uma taxa de 104 a 106 reações por segundo.
Efeito Haldane: Aumento do 
deslocamento do CO2 do sangue 
causado pela ligação do O2 na Hb
Nos capilares teciduais : (¯ O2) > transporte de 
CO2 em combinação com a Hb
No capilar pulmonar : (­ O2) < afinidade do 
CO2 pela Hb
Questões para estudo – Atividade Assíncrona (2)
1. Descreva as variações regionais da ventilação e perfusão nos pulmões de um
individuo sentado.
2. Descreva os efeitos da PCO2, pH, temperatura e Difosfoglicerato sobre as curvas de
dissociação O2-Hb.
Vídeos complementares – Atividade Assíncrona (3)
Assista os vídeos complementares a aula 2 de Fisiologia Respiratória:
• Assunto (título) do vídeo: Difusão de gases pelo sistema respiratório
Link YouTube: https://youtu.be/s6m18itVKOU
• Assunto (título) do vídeo: Transporte de gases no sangue (Parte 1)
Link YouTube: https://youtu.be/sWcwg-k9ztQ
• Assunto (título) do vídeo: Transporte de gases no sangue (Parte 2)
Link YouTube: https://youtu.be/O07KnHLOvCw
https://youtu.be/s6m18itVKOU
https://youtu.be/sWcwg-k9ztQ
https://youtu.be/O07KnHLOvCw
Contato: remo@ufmg.br
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