Transporte de gases no sangue (fisiologia)

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FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA: 
 
TRANSPORTE DE GASES NO SANGUE 
 
 
 
 
 
OXIGÊNIO 
1. TRANSPORTE DE O2 NO SANGUE 
 
 Existem duas formas de transportar oxigênio no sangue: 
 
 I.. Dissolvido no plasma; 
 
 
II. Combinado proteínas plasmáticas. 
 
 
 
 
1.1. TRANSPORTE POR OXIGÊNIO DISSOLVIDO NO SANGUE 
 Representa uma fração muito pequena; uma fração tão baixa que é insuficiente para 
suprir as demandas de O2 do organismo. 
 
Lembrete – Lei de Dalton!!! 
 
 Define a pressão parcial dos 
gases. 
 
 A fisiologia respiratória utiliza 
vários conceitos da físico-
química. 
 
 
 A dinâmica de absorção ou mistura de gases em solução aquosa é definida pela Lei 
de Henry. 
 
 LEI DE HENRY: a quantidade de um gás dissolvido em solução aquosa 
dependerá da pressão parcial desse gás e de sua solubilidade na solução. 
 
 Passagem de O2 dos alvéolos para o sangue: passa da fase gasosa nos alvéolos 
para a fase aquosa no sangue 
 
 Cálculo: Oxigênio dissolvido x Demanda 
 
Exemplo 1: 
 Solubilidade de O2 no sangue = 0,003 mL/(dl.mmHg) 
 pO2 no sangue arterial = 100 mmHg 
 
[O2] = 0,003 mL/dL.mmHg x 100 mmHg 
[O2] = 0,3 mL de O2/dL ou 3 mL/L. 
 
 Sabendo que o coração libera aproximadamente 5 L/min de sangue em repouso, qual 
será o máximo de O2 que será dissolvido? 
 
[Máximo de O2 dissolvido] = 3 mL/L x 5 L/min 
[Máximo de O2 dissolvido] = 15 mL/min. 
 
A demanda de O2 em repouso é de aproximadamente 250 a 300 mL/min. Sendo que durante 
a prática de exercícios físicos, a demanda pode aumentar em torno de 10x. 
Ou seja, o O2 dissolvido (15 mL/min) não consegue suprir a demanda de 250 a 300 mL/min. 
 
 
 
 
1.2. TRANSPORTE DE OXIGÊNIO POR PROTEÍNAS PLASMÁTICAS 
 
 
I. Hemácias 
 O nosso sangue é composto majoritariamente por 
hemácias. 
 
 As hemácias são células vermelhas que possuem seu 
interior aproximadamente 250 milhões de proteínas 
conhecidas como hemoglobinas ou Hb, correspondente a 15 
gramas de Hb por decilitro de sangue. 
 
 
 
 
 
 
 
 Cada hemoglobina possui quatro grupos denominados Grupamentos Heme, cada um 
possui um átomo de Fe2+ que é capaz de se ligar ao oxigênio em milisegundos. 
 Quando a hemoglobina é ligada ao O2 é chamada de oxi-hemoglobina. 
 As hemoglobinas deixam os pulmões com saturação de O2 próximo a 100%, ou seja, 
elas realizam o transporte de uma quantidade enorme de oxigênio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Essa é a principal forma de transporte de oxigênio no organismo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Um dos motivos de observarmos a cor vermelho-brilhante, no sangue arterial, e outra 
vermelho-azulado, no sangue venoso, se deve a ligação da hemoglobina com o O2. 
Quando ligada ao O2, a hemoglobina tem sua capacidade de absorver a luz alterada o 
que deixa o sangue mais vermelho e brilhante. 
 
 
II. Mioglobina 
 Outra proteína chamda mioglobina tem sua estrutura parecida com a 
da hemoglobina, porém só possui um domínio para ligação com o 
oxigênio. 
 Importante na manutenção de suprimento de O2 nos músculos. 
 
 
 
III. Hemoglobina 
 Para que a hemoglobina exerça adequadamente a sua função de transporte ela deva 
ser capaz de se ligar e se soltar do O2. Isto é, ela deve ter uma capacidade de 
combinação reversível com o oxigênio. 
 A hemoglobina pega o O2 nos capilares pulmonares e o libera nos capilares teciduais. 
 
 
 
 
 Afinidade O2 – Hb: facilidade com que a hemoglobina e o oxigênio se combinam. 
Quanto maior a afinidade, mais fácil é a combinação O2 – hemoglobina. 
 
1.3. SATURAÇÃO (SAT%) 
 
 A proporção de hemoglobina ligada ao oxigênio é chamada de saturação (SAT%). 
Isso significa que de toda a capacidade de se ligar ao O2, quanto de fato está sendo 
utilizado. Esses valores são expressos em porcentagem. 
 
 Por exemplo, no sangue arterial esse valor é em volta de 98%, ou seja, SAT% = 98%. 
 
 Na prática clínica, a saturação pode ser medida oxímetria (oxímetro de pulso não 
invasivo). 
 
 
 
 
 
 A saturação da hemoglobina está diretamente 
relacionada à pressão parcial de oxigênio. A relação 
entre pO2 e a saturação pode ser observada no 
gráfico que dá origem a curva de equilíbrio O2 – Hb 
ou curva de dissociação O2 – Hb. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. No sangue arterial que acabou de passar 
pelos alvéolos, a pressão de O2 é muito alta, 
em torno de 100 mmHg, o que gera uma 
saturação de quase 100% da hemoglobina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 No topo da curva podemos observar uma 
espécie de platô, ou seja, para valores 
moderados a alto de pO2, acima de 60 mmHg, 
não há uma variação grande na saturação da 
hemoglobina que permanece em valores 
elevados. 
 
 
 
 Então, nós vemos uma queda brusca na 
curva. 
 
 Essa inclinação pode ser explicada pela 
interação entre as subunidades da 
hemoglobina. Quando um oxigênio se liga a 
hemoglobina, a afinidade aumenta de modo 
a facilitar a ligação de outras moléculas 
desse gás nos grupos heme. De forma 
complementar, o desligamento do O2 gera 
uma perda de afinidade, de modo que o 
desligamento das demais moléculas de O2 é 
fácil. 
 
 
 
 
 
 Desse modo, a queda da pO2 gera um 
aumento da inclinação da curva e uma 
redução brusca na saturação abaixo de 60 
mmHg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O ponto azul mostra um ponto com uma 
saturação de aproximadamente 75%, com a 
pO2 já bem reduzida por volta de 40 mmHg. 
 
 O P50 representa o valor de pO2 
necessário para saturar a hemoglobina em 
50%. Nesse ponto, a pO2 é por volta de 27 
mmHg 
 
 Através desses pontos podemos medir a 
afinidade O2 – hemoglobina. 
 
 
 
 
 
 
 A curva de equilíbrio de O2 – Hb, em 
verde, pode ser deslocada para a direita, 
representada na curva azul, e para esquerda, 
curva em vermelho no gráfico, em resposta 
ao ambiente em que a célula se encontra. 
 
 Esse deslocamento afeta a saturação da 
hemoglobina, o que fica claro no ponto P50. 
Com o deslocamento para direita, o valor do 
P50 aumenta, ou seja, é necessário uma 
maior pO2 para saturar a hemoglobina em 
50%. Isso significa dizer que houve uma 
redução da afinidade da O2 – hemoglobina, o que resulta em uma maior facilidade 
para liberar o O2 para os tecidos. Por outro lado, com o deslocamento da curva 
para a esquerda, o valor de P50 reduz, sendo necessária uma maior pO2 para 
saturar a hemoglobina em 50%. Nesse caso, dizemos que a afinidade de O2 – 
hemoglobina está aumentada, o que resulta em uma maior facilidade da 
hemoglobina para capturar o O2. 
 
 
 
 Esses deslocamentos da curva ocorrem devido a alguns fatores que podem alterar 
a afinidade da hemoglobina pelo O2. Entre eles: 
 
 pH – está diretamente ligado a produção de gás carbônico pelo corpo; maior liberação 
de CO2 gera uma redução de pH. Desloca a curva da oxi-hemoglobina para a direita, 
ou seja reduzem a afinidade da hemoglobina facilitando a liberação de oxigênio para 
os tecidos. 
 Temperatura – a elevação da temperatura coporal desloca a curva para a direita e 
facilita a liberação de oxigênio para os tecidos. Isso é benéfico se pensarmos no 
exercício físico, por exemplo, que aumenta a temperatura corporal e exige uma 
quantidade de O2 maior para os tecidos musculares. 
 Presença de 2,3-fosfoglicerato ou 2,3-DPG: intermediário da glicólise (quebra da 
glicose para produzir energia). Quanto maior a presença desse, mais a curva se 
desloca para a direita. Isso ocorre, porque o 2,3-DPG se liga à hemoglobina gerando 
um efeito alostérico, isto é, ele muda a conformação da proteína dificultando que ela 
se ligue ao O2. 
 CO2 – quanto mais CO2 for liberado, mais o tecido necessitará de O2. 
 
Exemplo: No exercício físico se tem: aumento da temperatura corporal (contração muscular), 
aumento do metabolismo para suprir as demandas energéticas, o que eleva a produção de 
ácidos (reduzindo o pH) e a liberaçãode CO2. Esses fatores no tecido irão reduzir a afinidade 
Hb – O2 , deslocando a curva para a direita. Nesse momento, o tecido precisa consumir mais 
O2 para manter o seu metabolismo e o deslocamento da curva para a direita é uma resposta 
benéfica durante o exercício, ou seja, a redução da afinida de O2 – Hb facilitará a liberação 
do O2 para o tecido. 
 
 
 Detalhe: nenhum dos fatores citados acima competem com o oxigênio pelo mesmo 
sítio de ligação na hemoglobina. Além desses fatores, o CO2 possui uma afinidade 
com a hemoglobina, em torno, de 220 vezes maior quando comparado com o O2. Uma 
grande quantidadade desse O2 que é inspirado se liga reversivelmente a hemoglobina, 
mas quando uma ou mais moléculas de CO se ligam aos grupos heme, estes gases 
competem com o O2 pelo mesmo sítio de ligação. Como o gás carbônico porssui 
maior afinidade com a hemoglobina do que o oxigênio, ao invés de carregar o O2, a 
hemoglobina se irá se ligar e carregar o CO2. Além disso, o CO também pode descolar 
a curva O2 – Hb dificultando a liberação do O2 para os tecidos. Por esse motivo, o gás 
carbônico é considerado tóxido para o nosso organismo e sua intoxicação grave pode 
ser fatal. 
 
 
 Vários fatores podem alterar a quantidade de O2 que chega aos tecidos, como: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- A capacidade de 
oxigenação do sangue 
para o pulmão; 
 
 
 
- O teor ou quantidade de 
Hb no sangue; 
 
 
 
 
- Débito cardíaco 
(quantidade de sangue 
arterial que o coração 
libera para o corpo por 
minuto). 
 
 
 Cálculo de O2 que chega aos tecidos: (concentração de O2 no sangue arterial – a 
concentração de O2 no sangue venoso) x o débito cardíaco. 
 
 
 
 
 
Quantidade de O2 = ( [O2] no sangue arterial - [O2] no sangue venoso) x débito cardíaco 
 
DIÓXIDO DE CARBONO 
 
1. TRANSPORTE DE CO2 NO SANGUE 
 
 Uma vez dentro das células o O2 é utilizado nos processos metabólicos 
de respiração aeróbia. Um dos produtos finais desse processo de respiração 
é o CO2, que após ser produzido precisa ser expelido para outro lugar para 
não acumular no corpo. 
 
 O CO2 faz o caminho contrário do O2 pelo sangue venoso, ou 
seja, vai dos tecidos para os alvéolos e para onde será eliminado 
pelo corpo. 
 
 
 
 
 
 
 Existem três formas de transportar 
CO2 no sangue: 
 
I. Dissolvido no plasma 
 
 As hemácias também são extremamente importantes para o transporte de CO2. 
O valor de CO2 dissolvido no sangue (dentro das hemácias) é baixo, sendo cerca de 0,067 
mL/dL. Esse valor, entretanto, é 20x maior do que o oxigênio. 
 
 Lei de Henry também vale para o CO2. 
 
 
 
 
 
 
II. Como compostos carbamínicos 
 Ligação amino-terminal: 
Ligação do CO2 com um grupo NH2 terminal na proteína 
hemoglobina, formando a hemoglobina, NH, COOH-. 
 
 
 
 
 
III. Na forma de HCO3- (bicarbonato) 
 
 Dentro das hemácias existe uma enzima chamada anidrase 
carbônica que é responsável por catalisar a reação da água com o 
CO2 produzindo bicarbonato e H
+. 
 
 
 
 A facilidade da hemoglobina de transportar o CO2 é maior na desoxi-hemoglobina, 
ou seja, o processo se complementa. O desligamento do O2 na hemoglobina aumenta 
a afinidade do CO2 pela mesma, fazendo com que o gás seja rapidamente transportado 
pelas hemácias de volta para os pulmões onde será 
liberado. 
 
 A partir da reação de formação do HCO3-, também podemos compreender a relação 
do pH com a curva de saturação da oxi-hemoglobina. Mais H+ no sangue significa 
um menor pH e uma concetração maior de HCO3
-, indicando uma maior necessidade 
de liberar O2 para os tecidos, o que diminui a saturação da oxi-hemoglobina. 
 
 
 
 
 
 
 A conversão do CO2, que tem como produto H+, é extremamente importante na 
manuutenção do pH corporal que deve ser mantido em níveis homeostáticos, isto é, 
em torno de 7,45. 
 A redução da pressão do CO2 desloca a reação para a esquerda, diminuindo 
consequentemente a concentração de H+ e causando uma alcalose respiratória. 
 
 
 
 
 
 É o que acontece, por exemplo, na hiperventilação durante uma crise de 
ansiedade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 De modo inverso, quando a pressão de CO2 aumenta, a reação se desloca para a direita 
e há um aumento na produção de H+, causando uma acidose respiratória. 
 
 
 
 
 
 Pode estar presente em algumas doenças pulmonares. 
 
 
 
 O pH é determinado pelo HCO3- e CO2. 
 
 Os sistemas renal e respiratório atuam no equilíbrio ácido-base do corpo. 
 
Equilíbrio ácido-base 
 
 
 
 
 Ao eliminar o CO2, o sistema respiratório contribui diretamente para a manutenção 
do pH do organismo. 
 
 
 
 
 
 Por meio da equação de Henderson-Hasselbach é identificamos o porquê nas 
doenças pulmonares, com a retenção do CO2, há como consequência um caso de 
acidose respiratória. O conteúdo de CO2 é inversamente proporcional ao pH.