Fisiologia da Troca e Difusão de Gases

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Introdução 
 As principais funções do sistema 
respiratório são a troca de gases entre a atmosfera 
e sangue, regulação homeostática do pH do corpo, 
proteção contra patógenos e substâncias irritantes 
inaladas e vocalização. Fluxo global: troca de ar 
entre o meio externo e os espaços aéreos do 
interior dos pulmões. 
 CO2 + H20 -> H2CO3 -> H+ + HCO3- – 
formação do ácido carbônico que se desassocia em 
hidrogênio e bicabornato – ÁCIDO VOLÁTIL. 
Quando há acúmulo de CO2 ocorre alteração do pH 
do organismo, pode gerar uma acidose. 
 Oxigênio é muito importante de forma 
global para todo o organismo. Formação de ATP 
necessita de oxigênio – respiração 
intracelular/interna. Glicólise, Fosforilação 
oxidativa. Ciclo de Krebs produz CO2 que deve ser 
eliminado em função da não-alteração do pH (que 
não pode estar muito ácido para o funcionamento 
do corpo). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Respiração: 
 A respiração externa ocorre quando o ar 
atmosférico entra no organismo e vai para os 
alvéolos pulmonares. A difusão ocorre da maior 
concentração para a menor concentração. Os 
capilares pulmonares passam por ali e carregam o 
oxigênio para o resto do corpo. Dos capilares para 
as células ocorre também uma difusão, e quando o 
sangue passa por todo o corpo, ele já está 
novamente pobre em oxigênio e com bastante CO2 
– oxigênio foi para respiração celular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ocorre troca de ar entre a atmosfera e os 
pulmões, depois ocorre troca de O2 e de CO2 entre 
os pulmões e o sangue, transporte de O2 e CO2 
pelo sangue e troca de gases entre o sangue e as 
células. 
 Nos alvéolos pulmonares, pelo CO2 estar 
em maior concentração, ele vai chegar e vai ser 
eliminado para as vias aéreas – expiração. 
 PO2 ou PCO2 significa a pressão parcial. 
Dependente das moléculas, quando mais 
moléculas, maior pressão e maior concentração da 
molécula. Difusão ocorre por essa diferença de 
pressão parcial. 
 Os alvéolos possuem fibras elásticas ao seu 
redor, uma vascularização por capilares, e são 
similares a pequenos sacos. Existem células 
diferentes no epitélio alveolar, o pneumócito tipo I 
e pneumócito tipo 2 (produz surfactante alveolar, 
evita o colabamento alveolar) e também alguns 
macrófagos. Existe uma superfície de troca entre o 
alvéolo e o capilar. O oxigênio vai do alvéolo para o 
capilar, passa pelas células do epitélio alveolar 
(membrana basal), passar pelas células do 
endotélio (capilar), membrana das células 
Difusão e Troca de Gases 
 
 
endoteliais. Por isso é importante a pressão parcial 
com o objetivo de passar por essa barreira alvéolo-
capilar. 
 O CO2 precisa fazer o contrário, ele vai sair 
dos capilares e vai para o alvéolo. Assim, ele 
também necessita de uma pressão parcial para de 
difundir pela barreira alvéolo-capilar. 
 O O2 é em parte (2%) dissolvido e 
transportado dessa forma e 98% vai ser 
transportado ligado a proteína hemoglobina 
dentro dos eritrócitos/hemácias. Depois ele se 
espalha pelos tecidos e participa da respiração 
celular que devolve CO2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Situações Comprometedoras: 
 Hipóxia com pouco oxigênio nos tecidos (ar 
rarefeito em locais mais elevados, menor pressão 
parcial de O2) e hipercapnia com concentração 
elevada de CO2 no sangue (problemas na 
eliminação de CO2, por alguma coisa pode ficar 
retido). 
 Para evitar isso o corpo possui sensores 
para monitorar a composição do sangue arterial. 
Quimiorreceptores detectam a quantidade de O2, 
a concentração de CO2 e a acidez do pH. Se o CO2 
é retido, ele age como depressor do SNC e acaba 
gerando um estado de acidose. 
 Se há muita retenção de CO2, ocorre a 
maior produção de H+, aumenta a acidez, enzima 
nidrase carbônica vai influenciar e pode ajudar em 
causar acidose no organismo. A respiração 
monitora o pH plasmático e faz ajustes quando 
necessário. Hiperventilação para aumentar a maior 
liberação de CO2. 
 
Tipo de 
hipóxia 
Definição Causas comuns 
H. Hipóxica Baixa PO2 Grande altitude, 
hipoventilação 
alveolar, diminuição da 
capacidade de difusão 
pulmonar, relação 
perfusão-ventilação 
anormal 
H. Anêmica Diminuição 
da 
quantidade 
total de O2 
ligado a Hb 
Perda de sangue, 
anemia (baixa Hb) ou 
ligação Hb-O2 alterada, 
envenenamento por 
monóxido de carbono 
H. Isquêmica Redução do 
fluxo 
sanguíneo 
Insuficiência cardíaca, 
choque (h. periférica), 
trombose (h. de um 
único órgão) 
H. 
Histotóxica 
Falha das 
células em 
utilizar O2, 
envenenadas 
Cianeto (fosforilação 
oxidativa) ou venenos 
metabólicos 
 
VALORES NORMAIS: 
 
 
 
 
 
 
Difusão é o movimento de uma molécula de 
uma região de maior concentração, para uma de 
menor. Gases (como O2 e CO2) se movem de uma 
região de maior pressão parcial para uma de menor 
pressão parcial. 
 
Fatores que influenciam na troca 
gasosa: 
A respiração é influenciada pela quantidade 
de O2 presente nos alvéolos. Se ocorrer uma baixa 
 
 
composição de ar, haverá menos oxigênio. Há 
dependência também da ventilação alveolar, maior 
frequência respiratória, mais oxigênio. 
Complacência pulmonar está relacionada 
com a expansão, capacidade de distensibilidade 
dos pulmões. Pode estar comprometida por tecido 
cicatricial em grande quantidade, muitas fibras 
colágenas, menor ventilação e menor oxigenação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pode haver também a resistência das vias 
aéreas gerando menor volume de O2 sendo 
passado e consequentemente, menores 
quantidades de O2. 
Área de superfície e distância da difusão 
também é muito importante. Se houver um edema 
pulmonar, por exemplo, o oxigênio terá muita 
dificuldade de passar pelo líquido (pouco solúvel) e 
pela maior distância. Além disso, quando maior a 
área de superfície, maior a difusão, quando maior 
a distância, menor a difusão. 
Fatores que afetam a difusão: gradiente de 
pressão do gás, solubilidade do gás no líquido e 
temperatura. O2 é menos solúvel do que CO2 em 
água. Por isso só uma pequena parte é dissolvida e 
transportando no plasma. 
 
Hemoglobina: 
 O O2 é dissolvido no plasma (2%) e o resto 
é ligado a hemoglobina formando a 
oxihemoglobina (HbO2). 
 A hemoglobina é muito importante pois ela 
aumenta a capacidade de transporte de oxigênio. 
Se houver uma menor pressão parcial de O2 na 
atmosfera, mas houver eritrócitos, ainda é possível 
transportar numa capacidade maior. 
Possui 2 tipos de globina: duas cadeias alfa 
e duas cadeias beta e 4 grupamentos HEME. 
Possuem 4 sítios de ligação com oxigênio e podem 
estar em 2 estados: T (tenso) e R (oxigenado, 
relaxado, ligação do oxigênio). Mudança 
conformacional do T para o R à medida que o O2 
se liga a hemoglobina. 
 Quando há a ligação de O2 num 
grupamento heme, aumenta a probabilidade de 
ligação em outro ligamento heme. Muda do estado 
tenso para o estado relaxado, sítios livres, 
exposição do grupamento heme para que o 
oxigênio se ligue. 
 O oxigênio se liga no átomo de Fe central da 
hemoglobina. O Fe é muito importante. Curva de 
ligação da oxi-hemoglobina mostram a saturação 
de oxigênio ocorrendo no organismo – quanto 
maior a ligação, maior a saturação. 
 Nos alvéolos, a saturação é quase de 100%. 
Sítios do grupamento heme nessa região ficam 
cheios de oxigênio. Depois, quando as hemácias 
passam para os tecidos e liberam o oxigênio, a 
saturação sofre uma queda. 
 Alguns fatores reduzem a afinidade da Hb 
pelo O2. Essa redução da afinidade, significa liberar 
oxigênio para os tecidos. Isso pode ocorrer através 
do aumento da concentração de H+, aumento da 
PCO2, aumento da 2,3-difosfoglicerato (DPG – 
produto da via glicolítica da hemácia, aumenta na 
hipóxia) e aumento da temperatura. 
 pH mais baixo, acidose causa a diminuição 
da saturação do O2, isso significa que quando há 
queda do pH, diminui a saturação e a hemoglobina 
começa a perder afinidade pelo O2. O contrário 
ocorre quando háo aumento do pH. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A temperatura também causa essas 
diferenças. Quanto maior a temperatura, menor a 
saturação ocorre e menor fica a afinidade da Hb 
pelo oxigênio, mais oxigênio para tecidos. Em 
temperaturas mais baixas ocorre ao contrário. 
 
 
 
 
 
 
 
 
A redução da afinidade da Hb pelo O2 
facilita a difusão do capilar para o tecido. Esse 
efeito é chamado de Efeito Bohr, importante nos 
tecidos para que recebam o O2 importante na 
respiração celular. 
No caso do 2,3-BPG, ocorre o controle da 
afinidade. Ajuda a reduzir a afinidade, fica ligado na 
hemácia. Em situações de hipóxia, ocorrerá o 
aumento dessa substância. 
 
 
 
 
 
 
Monóxido de Carbono: 
 Se liga no mesmo sítio que o oxigênio. 
Competem no mesmo local, mas o monóxido tem 
muito mais afinidade pela hemoglobina. Ele se liga 
com tanta afinidade que não permite a ligação de 
oxigênio e não permite que, se houver algum O2 
ligado, esse vá para os tecidos. 
 Ligação com CO é 250 veze mais potente. 
Deve-se administrar O2 puro e mante uma terapia 
com O2, aumentar a ventilação. 
 
Transporte de CO2: 
 Pode ser transportado na forma dissolvida 
(7%), ligado a hemoglobina (23%) e transportado 
na forma de bicarbonato, HCO3- (70%). 
 O oxigênio se liga no Fe central e causa a 
liberação de H+ e CO2. Esse efeito é conhecido 
como Efeito Haldane, e promove o transporte de 
CO2 – ocorre principalmente nos alvéolos 
pulmonares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Controle da respiração: 
 Bulbo e ponte são responsáveis pela 
regulação da expressão. De lá saem neurônios 
rítmicas, processo automático e involuntário. 
Manda eferências vias neurônios motores para o 
controle do diafragma (músculo inspiratório) e 
outros músculos auxiliares da respiração. 
 A expiração é um processo passivo, ocorre 
relaxamento dos músculos expiratórios. Quando 
Efeito da 
mudança no pH 
na afinidade Hb 
O2 
Efeito da mudança 
na temperatura na 
afinidade Hb O2 
Efeito da mudança 
na 2,3-BPG na 
afinidade Hb O2 
 
 
virar um processo ativo, como no caso de uma 
respiração mais forte, músculos intercostais são 
envolvidos na expiração ativa. 
 Existem sensores que levam a informação 
pro tronco encefálico, quimiorreceptores, que 
detectam a informação da periferia, levam 
informações para os centros respiratórios, saem 
eferências para o estímulo de neurônios motores, 
e gerar a contração dos músculos efetores. 
 No tronco encefálico existe o grupo 
respiratório dorsal, o grupo respiratório ventral e o 
centro pneumático ou grupo pontino, que juntos 
formam o centro respiratório. 
 O grupo respiratório dorsal (GRD) está 
localizado na porção dorsal do bulbo, desencadeia 
principalmente a inspiração. O grupo respiratório 
ventral fica localizado na região ventro-lateral do 
bulbo e desencadeia tanto a inspiração quanto a 
expiração (“forçada”). O centro pneumático (ou 
grupo pontino) localiza-se dorsalmente na porção 
superior da ponte, auxilia no controle da 
frequência respiratória. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 No núcleo do trato solitário existem os 
neurônios do grupo respiratório dorsal (GRD), 
enviam para o diafragma, neurônios inspiratórios. 
Controle do nervo frênico e da contração do 
diafragma pelo GRD. 
 O grupo respiratório pontino (GRP) recebe 
as informações do GRD e influencia no início e no 
término da respiração, mudança na frequência 
respiratória. 
 O grupo respiratório ventral (GRV) possui 
neurônios que disparam espontaneamente e que 
podem atuar como marca-passo básico para o 
ritmo respiratório. Regulação do ritmo da 
respiração, possui interação com o GRD. Fibras 
originadas dessa área inervam a laringe, faringe e 
língua, mantendo as vias aéreas superiores abertas 
durante a respiração. 
 A ventilação está sujeita a modulação 
contínua por vários reflexos associados a 
quimiorreceptores, mecanorreceptores e por 
centros encefálicos superiores. 
 
Influência do CO2, de O2 e do pH sobre a 
ventilação: 
 O excesso de CO2 ou íons H+ no sangue tem 
ação direta sobre o centro respiratório, alterando 
a inspiração e expiração. 
 Por outro lado, o O2 atua sobre 
quimiorreceptores periféricos que se localizam nos 
corpos carotídeos e aórticos que transmitem sinas 
para o centro respiratório. 
 O centro respiratório possui uma área 
quimiossensível localizada bilateralmente ao 
ventre do bulbo. Essa área é muito sensível a 
alterações na concentração de CO2 e H+. Quando 
essa região quimiossensível é ativada por aumento 
de PCO2, ela envia sinais para o centro respiratório 
aumentando a ventilação. 
 O2 estimula a respiração apenas quando a 
PO2 sanguínea é muito baixa. Mudanças no pH por 
acidose metabólica também altera a ventilação. 
CO2 refletido pelas mudanças no pH é o mais 
importante estímulo do controle respiratório. 
OBS! Alcalose gera hipoventilação e acidose gera 
hiperventilação.