FISIOLOGIA DAS TROCAS GASOSAS

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FISIOLOGIA DAS TROCAS GASOSAS 
(RESUMO DA TUTORIA) 
 
DESCREVER COMO OCORREM AS TROCAS GASOSAS 
DOS ALVÉOLOS PARA OS CAPILARES E DESTES PARA OS TECIDOS 
 
Os gases movem-se de regiões de maior pressão parcial para regiões de menor 
pressão parcial. 
No processo de inspiração, o O2 penetra nas vias respiratórias com uma 
pressão média de 160 mmHg. A PO2 alveolar normal ao nível do mar é de 100 mmHg. 
A PO2 do sangue venoso ao entrar no pulmão é de cerca de 40 mmHg. O oxigênio, 
portanto, move-se a favor do seu gradiente de pressão parcial, dos alvéolos para os 
capilares. A difusão tenta manter a homeostasia e, assim, a PO2 do sangue arterial que 
deixa os pulmões é a mesma que a dos alvéolos: 100 mmHg. 
Quando o sangue arterial alcança os capilares teciduais, o gradiente é invertido. 
Nas células de uma pessoa em repouso, a PO2 intracelular média é de 40 mmHg. O 
sangue arterial que chega às células tem uma PO2 de 100 mmHg. Devido a uma menor 
PO2 nas células, o oxigênio difunde-se a favor do gradiente de pressão parcial, ou seja, 
do plasma para as células. Mais uma vez, a difusão ocorre até o seu equilíbrio. Como 
resultado, o sangue venoso tem a mesma PO2 que as células. 
 Já, a PCO2 é mais elevada nos tecidos do que no sangue capilar sistêmico, 
devido à produção elevada de CO2 durante o metabolismo celular. A PCO2 intracelular 
em uma pessoa em repouso é de cerca de 46 mmHg, comparada PCO2 à arterial, que 
gira em torno de 40 mmHg. Essa diferença faz o CO2 se difundir para fora das células, 
em direção aos capilares. A difusão ocorre até o equilíbrio, fazendo a PCO2 média do 
sangue venoso sistêmico girar em torno de 46 mmHg. 
Nos capilares pulmonares, o processo é inverso. O sangue venoso trazendo o 
CO2 das células tem uma PCO2 de 46 mmHg. A PCO2 alveolar é de 40 mmHg. Devido 
ao fato de a PCO2 no sangue venoso ser mais elevada que a PCO2 alveolar, o CO2 
move-se dos capilares para os alvéolos. Quando o sangue sai da circulação pulmonar, 
ele tem uma PCO2 de 40 mmHg, idêntica a PCO2 dos alvéolos e aí , ocorre imediata 
expulsão para o ar atmosférico, pois neste, sua pressão parcial é de apenas 0,3 mmHg, 
favorecendo um gigantesco gradiente de pressão. 
 
 
 
HISTOLOGIA DA BARREIRA HEMATOAÉREA 
 
Quatro membranas separam o ar alveolar do sangue capilar, são elas: o epitélio 
alveolar; a lâmina basal dessa célula; a lâmina basal do capilar e o endotélio capilar. 
 A difusão através dessa membrana alvéolo-capilar processa-se muito 
rapidamente, pois a distância é pequena e os gases são lipossolúveis. 
As membranas das células epiteliais e endoteliais também não oferecem 
obstáculo para o movimento do oxigênio e do dióxido de carbono entre o sangue e os 
espaços aéreos alveolares. 
O oxigênio do ar alveolar passa para o sangue capilar através dessas 
membranas e o dióxido de carbono difunde-se em direção contrária. 
A parede alveolar está sempre revestida por uma fina película surfactante, a 
qual impede o contado direto do ar alveolar com essa parede. 
A função dessa camada lipoprotéica é diminuir a tensão superficial dos 
pneumócitos do tipo I (principal célula de revestimento dos alvéolos) e essa diminuição 
permite que os alvéolos sejam inflados com mais facilidade na inspiração, dessa forma 
o esforço muscular despendido nos movimentos respiratórios é diminuído. 
 
Figura 1- detalhe da barreira hematoaérea 
 
 
Figura 2- detalhe mostrando a barreira hematoaérea e suas porções delgada e espessa 
 
 
 
No septo alveolar existem porções que são mais espessas e porções que são 
mais delgadas. A porção delgada forma a barreira hematoaérea onde ocorre a maior 
parte das trocas gasosas. A porção espessa tá relacionada à distribuição do liquido e é 
onde há células de tecido conjuntivo e macrófagos que se projetam para o interior do 
alvéolo. Nela, as membranas basais alveolar e capilar estão separadas uma da outra 
por um espaço intersticial rico em fibras elásticas e colágenas. Essa região é 
responsável pelas características mecânicas dos alvéolos. 
 
 
LEI DE FICK 
 
A lei de Fick diz que a velocidade de difusão de um gás através de um tecido é 
proporcional à área desse tecido e ao gradiente de pressão parcial do gás em questão 
entre os dois lados da membrana, e inversamente proporcional à espessura do tecido. 
Taxa de difusão= área de superf. x gradiente de pressão parcial x permeabilidade da 
membrana / espessura da membrana. 
 O pulmão possui uma gigantesca área de trocas gasosas (entre 75 e 100 metros 
quadrados), e a espessura que do tecido que separa o ar alveolar do sangue capilar é 
de aproximadamente 5 micrômetros, isso favorece a difusão de gases a partir da 
membrana alvéolo-capilar. 
A pressão parcial de cada gás é determinada a partir da multiplicação o seu 
percentual na mistura com a pressão total dessa mistura gasosa. 
Estas pressões determinam o movimento de O2 e CO2 entre a atmosfera e os 
pulmões, entre os pulmões e o sangue capilar pulmonar e entre a circulação sistêmica 
e as células do corpo. Cada um desses gases penetra nos tecidos a partir do processo 
passivo de difusão, que obedecem a essa lei. 
 
 
 
MORFOLOGIA DA HEMOGLOBINA 
 
Os eritrócitos contêm a proteína carreadora de oxigênio hemoglobina. São 
discos bicôncavos que, quando maduros, sua membrana plasmática é resistente e 
flexível, possibilitando sua deformação sem ruptura quando atravessam capilares 
estreitos. 
Como não possuem núcleo e organelas e não podem se reproduzir nem realizar 
atividades metabólicas intensas, o citosol contém moléculas de hemoglobina que na 
fase de produção da hemácia constituem cerca de 33% do seu peso. 
Uma vez que não possuem mitocôndrias e geram ATP de forma anaeróbica, 
elas não utilizam o oxigênio que transportam. O disco bicôncavo possui uma área de 
superfície muito grande para a difusão de moléculas de gás para dentro e para fora 
da hemácia do que uma esfera ou um cubo. 
Cada hemácia contém cerca de 280 milhões de moléculas de hemoglobina que 
consiste em uma proteína chamada globina, composta por quatro cadeias 
polipeptídicas (duas cadeias alfa e duas beta), e um pigmento não proteico anular 
chamado heme, que está ligado a cada uma das quatro cadeias. 
No centro de cada anel de heme, encontrasse um íon ferro Fe2+ (ferroso) que 
pode se combinar reversivamente com uma molécula de oxigênio, possibilitando que 
cada molécula de hemoglobina se ligue a quatro moléculas de oxigênio. Entretanto, 
em estado férrico, cujo NOX é +3, forma-se a metemoglobina, a qual possui 
capacidade de se ligar a numerosos ânions, mas não se liga ao O2. 
Cada molécula de oxigênio captada dos pulmões liga-se a um íon ferro. À 
medida que o sangue flui pelos capilares teciduais, a reação ferro-oxigênio se inverte. 
A hemoglobina libera oxigênio, que se difunde primeiro para o líquido intersticial e, 
depois, para as células. 
A hemoglobina também transporta cerca de 23% do dióxido de carbono e o 
restante é dissolvido no plasma ou carreado na forma de íons bicarbonato. O sangue 
que flui pelos capilares sanguíneos capta dióxido de carbono e parte dele se combina 
com aminoácidos na parte globina (cadeias da hemoglobina). Conforme o sangue flui 
pelos pulmões, o dióxido de carbono é liberado da hemoglobina e, depois disso, é 
exalado. 
 
 
 
Figura 3- Formatos de uma hemácia e uma molécula de hemoglobina. Em (B), observe que 
cada uma das quatro cadeias polipeptídicas de uma molécula de hemoglobina (azul) 
apresenta um grupo heme (dourado), que contém um íon ferro (Fe2+), mostrado em 
vermelho. 
 
 
OS GASES ESTÃO SEMPRE LIGADOS À HEMOGLOBINA? RELACIONAR ESSA QUESTÃO 
COM A SOLUBILIDADE 
O movimento das moléculas do gás do ar para um líquido é diretamente 
proporcional a três fatores: gradiente de pressão do gás, a solubilidade do gás no 
líquido e a temperatura. Quando um gás é colocado em contato com a água e existe 
um gradiente de pressão, as moléculas do gás movem-se de uma fase para a outra. 
Se a pressão do gás é maior na águado que no gás, então as moléculas do gás 
deixam a água. Se a pressão do gás é maior na fase gasosa do que na água, então o gás 
dissolve-se na água. A facilidade com a qual um gás se dissolve em um líquido é a 
solubilidade do gás neste líquido. Se um gás é muito solúvel, um grande número de 
moléculas do gás entra na solução a uma baixa pressão parcial do gás. 
O dióxido de carbono é 20 vezes mais solúvel em água do que o oxigênio. A baixa 
solubilidade do oxigênio em soluções aquosas indica a baixa dissolubilidade do 
oxigênio no plasma. 
O 02 é transportado no sangue sob 2 maneiras: dissolvido no plasma sanguíneo ou 
no fluido intracelular da hemácia e combinado quimicamente com a hemoglobina, 
formando o composto oxi-hemoglobina (HbO2). 
Quando o 02 se difunde dos alvéolos para o sangue, quase todo ele vai penetrar 
nas hemácias, em que se combina à hemoglobina. Apenas uma pequena porção 
permanece no plasma (oxigênio dissolvido) que é diretamente proporcional à sua 
pressão parcial no sangue. 
A quantidade de O2 dissolvida não é, entretanto, suficiente para manter o 
funcionamento de um organismo normal. No estado de repouso, + de 95 % de O2 
fornecido aos tecidos são transportados em associação com a hemoglobina, podendo 
ultrapassar 99 % durante o exercício físico. 
O percentual de CO2 combinado com a hemoglobina é cerca de 22%, o qual forma 
compostos carboaminos denominados de carbo-hemoglobina. Os principais sítios de 
ligação do CO2 são os ácidos aminoterminais presentes nas 2 cadeias globinas alfa e 
beta. A formação da carboaminoemoglobina é muito influenciada pela pressão parcial 
de CO2. 
 
 
 
QUAL A RELAÇÃO DA LEI DOS GASES COM A TROCA GASOSA (LEI GERAL DOS GASES, 
DALTON, BOYLE E HENRY) 
 
A Lei de Boyle diz que quando a temperatura é constante, a pressão (P) e o 
volume (V) são inversamente relacionados, isto é, P1V1 = P2V2, ou seja, o volume de 
um gás comprimido é inversamente proporcional à pressão na qual ele está sendo 
submetido. 
O ar flui a partir das áreas de maior para as de menor pressão. Quando o 
volume alveolar aumenta, fazendo a pressão intrapleural diminuir abaixo da pressão 
atmosférica, o ar move-se para dentro dos pulmões. Quando o volume alveolar 
diminui, fazendo a pressão intrapleural aumentar acima da pressão atmosférica, o ar 
move-se para fora dos pulmões. 
No mergulho em elevada profundidade, a pressão barométrica aumentada faz 
força contra a parede torácica do indivíduo, diminuindo a complacência do sistema 
respiratório; e como o volume de gás está reduzido por conta das altas pressões, isso 
pode levar ao colapso dos alvéolos pulmonares, levando à morte. 
A Lei de Dalton diz que a pressão parcial de um gás em mistura gasosa é a 
pressão que o gás exerceria se ocupasse o volume total da mistura, na ausência de 
outros componentes. Os gases difundem-se de uma área de maior para uma de menor 
pressão. Quanto maior for a diferença na pressão parcial entre esses dois pontos, 
maior é o movimento do gás. 
 A manutenção da diferença na pressão parcial garante o movimento dos gases. 
Ao final da inspiração e da expiração as pressão intra alveolar e patm se igualam e aí 
deixa de haver, por um momento, o fluxo de ar. E durante a inspiração há o aumentam 
o volume torácico e aumento do volume alveolar reduzindo a pressão intra-alveolar 
abaixo da pressão atmosférica para aproximadamente -1 mmHg. O ar flui para dentro 
dos pulmões devido ao gradiente de pressão entre o ar atmosférico e o interior do 
alvéolo. 
A Lei de Henry diz que a concentração de gás, dissolvido em líquido, é 
proporcional à sua pressão parcial. Apenas uma pequena porção dos gases no ar se 
dissolve no fluido que recobre os alvéolos. O dióxido de carbono, no entanto, é 24 
vezes mais solúvel que o oxigênio; por essa razão, o dióxido de carbono atravessa a 
membrana respiratória mais rapidamente que o oxigênio. 
 
 
 
DIRENCIAR PRESSÃO DE SATURAÇÃO 
 
Pressão está relacionado à concentração dos gases em diferentes ambientes 
(pressão parcial) e a diferença entre as pressões parciais permite o fluxo desses gases 
de uma área de maior pressão parcial para uma de menor pressão parcial. A PO2 
arterial é estabelecida pela composição do ar inspirado, pela frequência ventilatória 
alveolar e pela eficiência das trocas gasosas. Por exemplo, as pressões parciais do 
oxigênio no ar, nos alvéolos e no interior dos vasos são diferentes. A PO2 alveolar 
normal ao nível do mar é de 100 mmHg. A PO2 do sangue venoso ao entrar no pulmão 
é de cerca de 40 mmHg. O oxigênio, portanto, move-se a favor do seu gradiente de 
pressão parcial (concentração), dos alvéolos para os capilares. E como a difusão tenta 
manter a homeostasia, a PO2 do sangue arterial que deixa os pulmões é a mesma que 
a dos alvéolos: 100 mmHg. 
 
 Essa mesma PO2 no plasma que circunda os eritrócitos associada aos locais 
disponíveis para ligação à HB determinam a ligação do oxigênio à Hb. Ou seja, a 
porcentagem dos sítios de ligação da hemoglobina que estão ocupados pelo oxigênio 
(saturação da hemoglobina). 
Satur. da Hb=Quant. de 02 ligado/quant.total de O2 que poderia estra ligado x 100 
 O número total de sítios de ligação ao oxigênio depende do número de 
moléculas de hemoglobina nos eritrócitos. Se todos os locais de ligação da 
hemoglobina estiverem ocupados por oxigênio, o sangue estará 100% oxigenado, ou 
saturado com oxigênio. Clinicamente, esse número pode ser estimado pela contagem 
de eritrócitos e pela determinação da quantidade de hemoglobina por eritrócito 
(hemoglobina corpuscular média). 
 
 
 
DESCREVER O MECANISMO DE TRANPOSRTE DOS GASES OXIGÊNIO, DIÓXIDO DE 
CARBONO E MONÓXIDO DE CARBONO 
 
Transporte de 02: é transportado no sangue sob duas maneiras: dissolvido no 
plasma sanguíneo ou no fluido intracelular da hemácia e combinado quimicamente 
com a hemoglobina, formando o composto oxi-hemoglobina (HbO2). Quando o 02 se 
difunde dos alvéolos para o sangue, quase todo ele vai penetrar nas hemácias, em que 
se combina à hemoglobina. Apenas uma pequena porção permanece no plasma e no 
fluido intracelular da hemácia, sendo transportados para os tecidos em forma de 
solução simples. Este oxigênio que não está ligado com o eritrócito é denominado 
oxigênio dissolvido. A quantidade de O2 dissolvido é diretamente proporcional à sua 
pressão parcial no sangue (PO2). 
A quantidade de O2 dissolvida não é, entretanto, suficiente para manter o 
funcionamento de um organismo normal. No estado de repouso, + de 95 % de O2 
fornecido aos tecidos são transportados em associação com a hemoglobina, podendo 
ultrapassar 99 % durante o exercício físico. 
 O estado químico do íon ferro tem grande importância para o transporte de 
oxigênio. Quando em estado ferroso, cujo NOX é +2, o ferro consegue se unir ao 
oxigênio, associando este gás ao grupo heme. Entretanto, em estado férrico, cujo NOX 
é +3 (oxidado), forma-se a metemoglobina, a qual possui capacidade de se ligar à 
numerosos ânions, mas não se liga ao O2. 
 
Transporte de CO2: O organismo humano produz uma média de 200 mL de 
CO2 por minuto, o que requer rápida eliminação desse composto a partir da expiração. 
No caminho dos tecidos sistêmicos até os alvéolos pulmonares, o CO2 pode ser 
transportado por quatro formas: CO2 dissolvido no plasma, íons bicarbonato (HCO3-), 
que corresponde ao maior percentual de CO2 transportado; ligados à hemoglobina, 
formando o composto carbo-hemoglobina e sob formas reduzidas de ácido carbônico 
(H2CO3) e íons carbonato (CO3-). 
O percentual de CO2 combinado com a hemoglobina é cerca de 22%, o qual 
forma compostos carboaminos denominados de carbo-hemoglobina. Os principais 
sítios de ligação do CO2 são os ácidos aminoterminais presentes nas 2 cadeias globinas 
alfa e beta. A formação da carboaminoemoglobina é muito influenciada pela pressão 
parcial de CO2 (PCO2). Quando a PCO2 é alta (como nos capilares teciduais), promove 
a formação dos compostos carboaminos, e quando a PCO2 é baixa (como nos capilarespulmonares), ocorre o efeito contrário. 
O maior percentual de CO2 é transportado na forma de íons bicarbonatos no 
plasma sanguíneo ou dentro do próprio eritrócito. A medida que o CO2 penetra nas 
hemácias, reage com a H2O, formando o ácido carbônico (H2CO3). Por se tratar de um 
ácido bastante instável, há tendência de ionização, formando o íon bicarbonato 
(HCO3-) e o íon hidrogênio (H+). A catalisação da reação de formação do ácido 
carbônico é feita pela enzima Anidrase Carbônica, presente apenas no interior do 
eritrócito. 
 Transporte de CO: O monóxido de carbono se difunde rapidamente pela 
membrana capilar pulmonar e liga-se à hemoglobina (carboxihemoglobina) com 240 
vezes mais afinidade que o oxigênio. O monóxido de carbono também é uma 
substância endógena, com a produção ocorrendo no organismo durante a degradação 
normal do heme. Em pacientes não tabagistas saudáveis, os níveis de carboxi-
hemoglobina podem ser de até 1 a 2%; em tabagistas, esses níveis podem ultrapassar 
de 10%. 
Após a exposição ao monóxido de carbono, ocorre sua ligação com a 
hemoglobina. A afinidade do monóxido de carbono com a hemoglobina é ainda maior 
para a hemoglobina fetal, o que pode explicar uma toxicidade fetal potencialmente 
mais grave. Aproximadamente, 85% do monóxido de carbono circulante se encontra 
ligado à hemoglobina. O monóxido de carbono remanescente é dissolvido no plasma 
ou ligado intracelularmente, muitas vezes com mioglobina. 
À medida que os níveis de carboxi-hemoglobina aumentam, ocorre a anemia 
relativa e a hipoxemia, pois a carboxi-hemoglobina não transporta normalmente o 
oxigênio. O monóxido de carbono desloca a curva de dissociação de oxi-hemoglobina 
para a esquerda, prejudicando a liberação de oxigênio para os tecidos. No entanto, 
essas características, por si só, não explicam os efeitos fisiológicos do monóxido de 
carbono ou suas sequelas neurológicas tardias.