Príncipios Físicos das Trocas Gasosas

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1 João Pedro Ricardo | p3 – medicina, UFAL 
PRÍNCIPIOS FÍSICOS 
DAS TROCAS GASOSAS 
INTRODUÇÃO E GENERALIDADES 
Depois que os alvéolos são ventilados com ar atmosférico, a 
próxima etapa no processo respiratório é a difusão do O2 
dos alvéolos para o sangue pulmonar e difusão do CO2 na 
direção oposta, para fora do sangue. 
A DIFERENÇA DE PRESSÃO CAUSA DIFUSÃO 
EFETIVA DE GASES ATRAVÉS DOS LÍQUIDOS 
Quando a pressão parcial do gás é maior em área do que em 
outra, haverá difusão efetiva da área de alta pressão para a 
área de baixa pressão. 
 
O gás entra no alvéolo e se direciona para o capilar 
sanguíneo, região onde há menos concentração de O2. 
PRESSÕES GASOSAS 
A pressão é causada por múltiplos impactos de moléculas em 
movimento contra uma superfície, ou seja, a pressão é 
diretamente proporcional à concentração das moléculas de 
gás. 
→ A fisiologia respiratória lida com misturas de gases 
(especialmente oxigênio, nitrogênio e dióxido de carbono). 
• A intensidade de difusão de cada um desses gases é 
diretamente proporcional a pressão parcial, que é a 
pressão causada por somente esse gás. 
FATORES QUE DETERMINAM A PRESSÃO PARCIAL DE 
UM GÁS DISSOLVIDO EM LÍQUIDO 
A pressão parcial de um gás em solução é determinada pela 
sua concentração e também pelo seu coeficiente de 
solubilidade. 
• Alguns tipos de moléculas, por ex. o CO2, são física 
e quimicamente atraídas pela H2O. No entanto, 
outras não são. 
Para isso, usa-se a lei de Henry, que rege as pressões parciais. 
A lei consiste em: 
Pressão parcial = Concentração de gás dissolvido 
 Coeficiente de solubilidade 
EM QUAL DIREÇÃO OCORRE A DIFUSÃO EFETIVA DO 
GÁS? 
• A difusão efetiva é determinada pela diferença 
entre duas pressões parciais. Se a pressão parcial 
for maior na fase gasosa nos alvéolos, como no caso 
do O2, então mais moléculas se difundirão para o 
sangue do que na outra direção. (no caso do CO2 
ocorre o oposto) 
O gás tende a ir da região de maior pressão parcial para a de 
menor pressão parcial. 
 
FATORES QUE AFETAM A INTENSIDADE DE DIFUSÃO 
DOS GASES EM LÍQUIDOS: 
1. Diferença de pressão (ΔP) 
2. Solubilidade do gás no líquido (S) 
3. Area de corte transversal do líquido (A) 
4. Distância pelo qual o gás precisa se difundir (d) 
5. Peso molecular do gás (PM) 
6. Temperatura do líquido, que pode ou não, mas 
normalmente NÃO altera a intensidade de difusão 
dos gases. 
a. Mas por que em situações de febre os 
indivíduos parecem estar 
hiperventilando? Porque alguns dos 
micro-organismos que podem estar 
causando essa febre pode estar liberando 
substâncias ácidas no sangue – em 
quadros de acidose o pulmão hiperventila! 
E a febre e a hiperventilação não tem nada 
a ver, a não ser por serem causadas pelo 
mesmo micro-organismo (nesse caso). 
 
 
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AS COMPOSIÇÕES DOS ARES ALVEOLAR 
E ATMOSFÉRICO SÃO DIFERENTES 
O ar alveolar não tem, de forma alguma, as mesmas 
concentrações dos gases no ar atmosférico. 
Existem várias razões para essas diferenças. São elas: 
1. O ar alveolar é substituído apenas parcialmente 
pelo ar atmosférico a cada respiração. 
2. O O2 é constantemente absorvido pelo sangue 
pulmonar do ar alveolar. 
3. O dióxido de carbono se difunde constantemente 
do ar pulmonar para os alvéolos. 
4. O ar atmosférico seco que entra nas vias 
respiratórias é umidificado até mesmo, antes de 
atingir os alvéolos. 
 
UMIDIFICAÇÃO DO AR NAS VIAS RESPIRATÓRIAS 
O nariz e os pulmões começam as funções de 
condicionamento, ou seja, filtram, aquecem e umidificam o 
ar que entra pelas vias respiratórias para que essas não 
sejam lesadas. 
Esse ar umidificado possui concentrações diferentes em 
relação ao ar atmosférico. 
O AR ATMOSFÉRICO É RENOVADO LENTAMENTE 
PELO AR ATMOSFÉRICO 
A capacidade funcional média dos pulmões de uma pessoa 
do sexo masculino é de 2300mL, no entanto, apenas 350mL 
de ar novo chegam aos alvéolos a cada inspiração normal – 
e essa é expirada 
• Assim, o volume do ar alveolar substituído por ar 
atmosférico novo a cada respiração é de apenas um 
sétimo do total, de maneira que são necessárias 
múltiplas respirações para ocorrer a troca da maior 
parte do ar alveolar. 
A lenta substituição do ar alveolar é de particular 
importância para evitar mudanças repentinas nas 
concentrações de gases no sangue → ESTABILIZA O 
MECANISMO DE CONTROLE DA RESPIRAÇÃO. 
• Além disso, ajuda a evitar aumentos e quedas 
excessivos da oxigenação tecidual, da concentração 
tecidual de CO2 e do pH tecidual em momentos nos 
quais a respiração é interrompida de forma 
temporária. 
 
 
Quanto mais rápida a ventilação, maior o tempo de remoção 
do gás. 
CONCENTRAÇÃO DE OXIGÊNIO E PRESSÃO PARCIAL 
NOS ALVÉOLOS 
O oxigênio é continuamente absorvido dos alvéolos pelo 
sangue pulmonar e novo oxigênio é, também, de forma 
contínua, respirado pelos alvéolos, vindo da atmosfera. 
• Quanto mais rápido o oxigênio for absorvido, 
menor sua concentração nos alvéolos; por outro 
lado, quanto mais rápido o oxigênio é respirado 
pelos alvéolos, vindo da atmosfera, maior fica a sua 
concentração 
Assim, concentração de O2 alveolar e a pressão parcial de O2 
são controladas por dois fatores: 
1. Intensidade de absorção pelo sangue 
2. Intensidade de entrada de novo O2 nos pulmões 
pelo processo ventilatório 
Em situações em que o metabolismo tá aumentado, falta 
oxigênio no sangue. O que o pulmão faz? Hiperventila para 
poder manter a pO2 alveolar normal (porque ela tem que 
sempre estar normal = 104mmHg). 
 
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CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO PARCIAL DE CO2 NOS 
ALVÉOLOS 
O dióxido de carbono é continuamente formado no corpo e 
então transportado no sangue para os alvéolos, sendo de 
modo contínuo removido dos alvéolos pela ventilação. 
• A pCO2 alveolar aumenta diretamente na 
proporção da excreção de dióxido de carbono; 
• a Pco2 alveolar diminui na proporção inversa da 
ventilação alveolar. 
DIFUSÃO DE GASES ATRAVÉS 
DA MEMBRANA RESPIRATÓRIA 
UNIDADE RESPIRATÓRIA OU LÓBULO RESPIRATÓRIO 
Unidade respiratória é a unidade funcional estrutural do 
pulmão, composta do bronquíolo respiratório, duetos 
alveolares, átrios e alvéolos. 
• As paredes alveolares são extremamente finas e, 
entre os alvéolos, existe malha quase sólida de 
capilares interconectados. 
• Devido à extensão do plexo capilar, o fluxo de 
sangue na parede alveolar é descrito como 
“lâmina” de fluxo sanguíneo. Assim, os gases 
alveolares ficam muito próximos do sangue dos 
capilares pulmonares. 
Ademais, a troca gasosa entre o ar alveolar e o sangue 
pulmonar se dá através das membranas de todas as porções 
terminais dos pulmões, e não apenas nos próprios alvéolos. 
• Todas essas membranas são conhecidas 
coletivamente como a membrana respiratória, 
também denominada membrana pulmonar. 
 
MEMBRANA RESPIRATÓRIA 
 
FATORES QUE AFETAM A INTENSIDADE DA DIFUSÃO 
GASOSA ATRAVÉS DA MEMBRANA 
1. Espessura da membrana 
a. Quanto maior a espessura, menor a 
intensidade da difusão. 
2. Área superficial da membrana 
a. Quanto maior a área alveolar, melhor é 
feita a troca gasosa. (em situações em que 
há diminuição da área, p. ex.: enfisema, há 
déficit nas tocas gasosas) 
3. Coeficiente de difusão do gás na substância da 
membrana (peso molecular e solubilidade) 
a. CONSTANTE 
4. Diferença de pressão parcial do gás entre os dois 
lados da membrana. 
a. Quanto maior a pressão de um gás, melhor 
ele atravessa para o “outro lado”. 
CAPACIDADE DE DIFUSÃO DA MEMBRANA 
RESPIRATÓRIA 
 
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A capacidade da membrana respiratória de trocar um gás 
entre os alvéolos e o sangue pulmonar é expressa em termos 
quantitativos pela capacidade de difusão da membrana 
respiratória, que é definida como o volume de gás quese 
difundirá através da membrana a cada minuto, para a 
diferença de pressão parcial de 1 mmHg. 
CAPACIDADE AUMENTADA DE DIFUSÃO DE O2 
No homem jovem mediano, a capacidade de difusão do 
oxigênio sob condições de repouso é em média de 21 
mL/min/mmHg. O que isso significa em termos funcionais? 
A diferença de pressão média do oxigênio, através da 
membrana respiratória, durante respiração tranquila e 
normal, é cerca de 11 mmHg. Multiplicando-se essa pressão 
pela capacidade de difusão (11 X 21), temos total de cerca 
de 230 mililitros de difusão do oxigênio, através da 
membrana respiratória, a cada minuto; isto é igual à 
intensidade de utilização de oxigênio do corpo em repouso. 
AUMENTO NA CAPACIDADE DE DIFUSÃO DE OXIGÊNIO 
DURANTE O EXERCÍCIO FÍSICO 
Durante exercício vigoroso ou em outras condições que 
aumentem muito o fluxo de sangue pulmonar e a ventilação 
alveolar, a capacidade de difusão do oxigênio aumenta no 
homem jovem até o máximo em torno de 65 mL/min/mmHg, 
que é o triplo da capacidade de difusão sob condições de 
repouso. 
Esse aumento é causado por fatores como 
1. Abertura de muitos capilares pulmonares, até 
então adormecidos, ou dilatação extra dos 
capilares já abertos, aumentando assim a área da 
superfície do sangue para o qual o oxigênio pode se 
difundir. 
2. Melhor equiparação entre a ventilação dos alvéolos 
e a perfusão dos capilares alveolares com sangue, 
denominada proporção ventilação-perfusão, que 
será explicada, em mais detalhes adiante neste 
capítulo. 
Ou seja, durante o exercício, a oxigenação do sangue 
aumenta, não só pela maior ventilação alveolar como 
também pela maior capacidade difusora da membrana 
respiratória, para transportar oxigênio para o sangue. 
 
CAPACIDADE DE DIFUSÃO DO CO2 
A capacidade de difusão do dióxido de carbono nunca foi 
medida por causa das seguintes dificuldades técnicas: o 
dióxido de carbono se difunde através da membrana 
respiratória tão rapidamente que a Pco2 média no sangue 
pulmonar não difere muito da Pco2 nos alvéolos diferença 
média inferior a 1 mmHg e com as técnicas disponíveis essa 
diferença é muito pequena para ser medida. 
Contudo, medidas da difusão de outros gases mostram que 
a capacidade de difusão varia diretamente com o coeficiente 
de difusão de determinado gás. Na medida em que o 
coeficiente de difusão do dióxido de carbono é pouco mais do 
que 20 vezes a do oxigênio, seria esperada capacidade de 
difusão do dióxido de carbono, sob condições de repouso, 
entre 400 e 450 mL/min/mmHg, e, durante o exercício, entre 
1.200 e 1.300 mL/min/mmHg.