PRINCÍPIO FÍSICO E TRANSPORTE
DOS GASES
Prof. Me Tatiane Quaresma
O
sangue tem várias funções, entre as quais o
transporte de gases respiratórios essenciais ao
funcionamento do nosso organismo.
 O2
das superfícies respiratórias até às células
 CO2
dissolvido no plasma e também ligado às
hemácias.
•
•
•
As trocas gasosas podem estabelecer-se
diretamente entre o meio externo e as células,
sem intervenção de um fluido de transporte,
por difusão direta.
Quando há intervenção de um fluido
circulante, diz-se haver uma difusão indireta;
(hematose)
Para além do transporte em solução, os gases
podem ligar-se a pigmentos respiratórios, como
a hemoglobina.
 As
superfícies respiratórias:
- são superfícies úmidas, o que permite a
dissolução dos gases, necessária à sua difusão;
- são superfícies finas, constituídas apenas por
uma camada de células epiteliais;
- são superfícies vascularizadas, no caso da
difusão indireta;
- possuem uma área grande relativamente ao
volume dos órgãos em que se situam.
 Dentro
da Difusão direta, há um tipo de
hematose:
 Hematose
Traqueal:
O sistema respiratório é constituído por um
conjunto de canais - traquéias - que se vão
ramificando até se encontrarem em contacto com
as células, onde ocorrem as trocas gasosas.
O oxigênio difunde-se diretamente através das
traquéias sem intervenção de um sistema de
transporte; esta difusão permite elevadas taxas
metabólicas.
Exemplos: O gafanhoto e outros insetos.
 Na
Difusão indireta, pode-se considerar três
tipos de hematose:
Hematose Cutânea
 Os
gases difundem-se entre a superfície do
corpo do animal e o sangue.
A
ocorrência da hematose cutânea é possível
graças à abundante vascularização existente
por debaixo da superfície da pele e à
manutenção da umidade na superfície do corpo
- tegumento.
Exemplos: A minhoca e a rã, em que este tipo
de hematose complementa a hematose
pulmonar nos adultos.
 Hematose
Branquial
 Nas
lamelas (filamentos existentes nas
brânquias) o sangue circula em sentido oposto
ao da passagem da água.
 Este
mecanismo de contracorrente garante o
contato do sangue, progressivamente mais
risco em oxigênio, com a água, cuja pressão
parcial de oxigênio é sempre superior àquela
que existe no sangue.
 Disso
resulta a manutenção de um gradiente
que assegura a difusão até valores próximos da
saturação da hemoglobina do sangue dos
peixes.
 Hematose
pulmonar
Ocorre nos pulmões, constituído por uma rede
de tubos que terminam nos alvéolos
pulmonares.
 Estas
vias (fossas nasais, faringe, laringe,
traquéia e brônquios) permitem não só o
trajeto do ar nos dois sentidos, mas também o
progressivo aquecimento do ar e a retenção de
partículas em suspensão contidas no ar.
SISTEMA RESPIRATÓRIO
SISTEMA RESPIRATÓRIO



Os pulmões são elásticos e constituídos por milhões de
alvéolos, que garantem uma área de hematose várias
vezes superior à da superfície do corpo.
Esta superfície respiratória, recoberta de muco, está
separada do sangue apenas pela fina membrana dos
capilares sanguíneos.
Podemos dizer que é aqui que ocorrem as trocas de O2
e CO2: o CO2 passa do sangue para o interior do
alvéolo, e o O2 passa do alvéolo para o interior dos
vasos sanguíneos.


Os gases deslocam-se pelo organismo transportados
por um fluido circulante (sangue ou hemolinfa), que
geralmente contém pigmentos respiratórios que
tornam o transporte mais eficiente.
Os pigmentos respiratórios são moléculas complexas,
formadas por proteínas e íons metálicos, que lhes
confere uma cor característica.
•
•
•
Tais moléculas ligam-se aos gases para
transportá-los
e
são
consideradas
boas
transportadoras, pois se ligam a ele quando a
quantidade do gás for elevada e se desprendem
rapidamente se a quantidade do gás for baixa.
Entre os vários pigmentos conhecidos, a
hemoglobina (Hb) é a mais comum e a melhor
estudada. Este é o pigmento típico dos
vertebrados, embora possam ocorrer em anelídeos,
nematóides, moluscos e artrópodes.
Nos invertebrados, a Hb encontra-se dispersa no
plasma, enquanto nos vertebrados se localiza nos
glóbulos vermelhos.

Nos mamíferos os eritrócitos são células anucleadas e
acredita-se que essas células percam o núcleo para
poderem acomodar maior volume de pigmento
respiratório.


A Hb humana apresenta quatro cadeias peptídicas,
duas alfa e duas beta, ligadas a grupos heme. O
oxigênio ou o dióxido de carbono podem se ligar ao
grupo heme.
Assim, cada molécula
moléculas de oxigênio.
pode
transportar
quatro


Há outros pigmentos respiratórios que podem diferir
da Hb pelo metal, pelas cadeias polipeptídicas etc.
Mioglobina: encontrada no tecido muscular de
vertebrados, incluindo humanos, confere coloração
vermelho escuro a esse tecido.
Hemocianina: segunda proteína transportadora de
oxigênio mais comum na natureza é encontrada no
sangue de muitos artrópodes e moluscos.
 Ao invés de ferro, contem íons cobre o que confere
coloração azul quando ligada a oxigênio.

.
MECÂNICA RESPIRATÓRIA
 Movimento
Inspiratório
 Movimento
Expiratório
TRANSPORTE DE OXIGÊNIO



O oxigênio é transportado pelo sangue sob duas
formas:
Dissolvido no plasma – o O2 é pouco solúvel na água,
portanto, apenas cerca de 2-3% são transportados por
esta via;
Combinado com a hemoglobina – nos glóbulos
vermelhos existem 280 milhões de moléculas de
hemoglobina, cada uma podendo transportar quatro
O2, ou seja cerca de 97-98% deste gás é transportado
pela Hb até ás células.
TRANSPORTE DE O2 PARA OS TECIDOS


A ligação da primeira molécula de O2 a hemoglobina
altera a sua conformação, facilitando a ligação das
seguintes, ou seja, aumentando a sua afinidade para o
O 2.
O mesmo acontece com a liberação de uma molécula de
O2 que acelera a liberação das restantes. Por este
motivo, a Hb é um transportador tão eficiente.


Quando o O2 está ligado a Hb ela passa a ser chamada
de oxiemoglobina (HbO2) e quando este está ausente
designa-se desoxiemoglobina ou hemoglobina reduzida.
A formação de oxiemoglobina pode ser representada
pela reação a seguir.
HbH+ + O2 _ HbO2 + H +

Como essa reação produz íons hidrogênio ela pode ser
afetada pelo pH do sangue.
A)
Se o pH do sangue ficar mais baixo do que o normal
(ácido) o excesso de íons H+ no sangue forçará um
deslocamento da reação, promovendo mais
dissociação do que formação de HbO2.
Dessa forma, o fornecimento de O2 para as células
poderá ser prejudicado, já que uma quantidade
menor de HbO2 será formada.
B) Se o pH do sangue ficar mais alto do que o normal
(alcalino) a redução nos níveis de íons H+ no sangue
favorecerá a ligação de O2 com Hb e prejudicando a
liberação de O2 das moléculas de Hb.
Isso também prejudica o fornecimento de O2 para as
células, pois durante trocas gasosas nos tecidos o O2
terá dificuldade em se desprender da Hb.
TRANSPORTE DO DIÓXIDO DE CARBONO
•
•
•
•
O CO2 pode ser transportado no sangue de três modos
principais:
Dissolvido no plasma – devido à baixa solubilidade em
água deste gás, apenas 7-8% são transportados por esta
via;
Combinado com a hemoglobina – uma percentagem
relativamente baixa, cerca de 11-23%, deste gás reage
com a hemoglobina, formando a carbaminoemoglobina
(HbCO2);
Como íon bicarbonato (HCO3-) – a maioria das
moléculas deslocam-se como este íon, cerca de 70-81%.
Naturalmente este processo de reação com a água é
lento, mas pode ser acelerado pela enzima dos glóbulos
vermelhos anidrase carbônica.


Quando a pCO2 é elevado, como nos tecidos, a reação
produz ácido carbônico (H2CO3), que se ioniza em
HCO3-.
Após a sua rápida formação no interior dos glóbulos
vermelhos, o íon difunde-se para o plasma, onde é
transportado até aos pulmões. Aí as reações são
revertidas e o CO2 é libertado para os alvéolos.

A forma mais comum de transportar CO2 pode ser
representada pela reação química abaixo.


CO2 + H2O _ H2CO3 _ HCO3- + H+
Como essa reação é uma grande produtora de íons H+
ela pode afetar o pH do sangue.



Quando, por algum motivo, há uma elevação dos níveis
de CO2 no organismo, há formação de mais íons H+ do
que o normal.
O acúmulo de íons H+ reduz o pH do sangue tornandoo ácido (acidose).
A acidose pode inclusive afetar o transporte do O2.



Quando, por algum motivo, há uma redução dos níveis
de CO2 no organismo, há formação de menos íons H+
do que o normal.
A redução de íons H+ eleva o pH do sangue tornando-o
alcalino (alcalose).
A alcalose pode inclusive afetar o transporte do O2.
PH DE
BIOSSISTEMAS E ESTRUTURAS NATURAIS
Material
Suco gástrico
pH
1a3
Urina
4,8 a 8,0
Suor
4 a 6,8
Saliva
5,8 a 7,1
Fezes
7,1
Esperma
7,2
Bile
6,2 a 8,5
Suco pancreático
7,6 a 8,6
Osteoblastos (intracelular)
8,5
DISTÚRBIOS RESPIRATÓRIOS
 Hipoxia
Diminuição da disponibilidade de Oxigênio
para as células.
 Dispinéia
 É um sentimento psíquico de que é necessário
mais ventilação do que a que está ocorrendo.
 Pneumonia
 Infecção que faz com que as paredes dos
alvéolos fiquem inflamadas e edemaciadas

DISTÚRBIOS RESPIRATÓRIOS
 Edema
Pulmonar
 Preenchimento dos espaços intersticiais dos
pulmões e dos alvéolos por líquido.
 Enfisema

Destruição das paredes dos alvéolos.
 Atelectasia

Colapso de todo um pulmão ou de parte dele.
 Asma

Provoca espasmo dos bronquíolos.
RENOVAÇÃO ALVEOLAR
•
A velocidade de renovação do ar alveolar pelo ar
atmosférico ocorre de maneira muito lenta, pois em um
individuo normal após a respiração no final da
expiração o volume de ar que permanece no pulmão é
de cerca de 2.300ml, todavia apenas 350ml chegam aos
alvéolos a cada respiração normal, como conseqüência
disso o ar renovado a cada respiração é de apenas 1/7,
pois 2300/350 = 0,007.

Esta renovação lenta do ar é importante para evitar:

Alterações súbitas da concentração de gases no sangue.



Evitar o aumento ou
oxigenação dos tecidos.
diminuição
excessiva
na
Alterações súbitas da concentração de CO2 tecidual.
Alterações excessivas do pH do sangue e tecidos,
quando a respiração é interrompida.
 ACIDOSE
RESPIRATÓRIA: causada por
uma ventilação ruim, o que aumenta a
concentração de CO2 no sangue que por sua
vez diminui o pH do mesmo.
 Para se compensar 1° tem se os tampões dos
líquidos corporais e também os rins necessitam
de vários dias para corrigir o problema.
 ALCALOSE
RESPIRATÓRIA:
ocorre
quando se tem uma ventilação excessiva que
eleva o pH do sangue, para se compensar temse os tampões corporais e também os rins.
GASOMETRIA ARTERIAL E VENOSA
FITAS DE PH
Quais características as superfícies respiratórias
apresentam para facilitar a hematose.
2. Comente sobre a hemoglobina e sua importância para
biofísica da respiração.
3. De quais formas o O2 e o CO2 são transportados pelo
sangue?
4. Conceitue:
a) Hipoxia
b) Dispineia
c) Pneumotórax
d) Edema pulmonar
e) Enfisema pulmonar
6. QUAL A IMPORTANCIA DO ph PARA A RESPIRAÇÃO.
7. Diferencie acidose e alcalose respiratoria.
1.
PH E
•
•
•
•
•
TAMPÕES
Sendo a água o componente mais abundante nos
sistemas biológicos, é de se esperar que a água e seus
íons desempenhem um papel muito importante nesses
sistemas.
A água se dissocia espontaneamente em Hidrogênio
(H+) e hidroxila (OH-).
H2O ↔ H+ + OHO próton, H+, não existe livre em solução e se combina
imediatamente a outra molécula de água:
H + + H 2O ↔ H + 3O
H+3O chama-se hidrônio e escreve-se apenas H+
O íon OH- é chamado de hidroxila ou oxidrila.

O pH é o logaritmo
hidrogeniônica.
negativo
da
concentração
Quando o pH desce, H+ aumenta;
 Quando o pH sobe, H+ diminui.



A escala de pH vai de 0 a 14 a 25ºC e 1 atm.
Por analogia o pOH é o log negativo da concentração de
OH
Ph
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pOH
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5
4
3
2
1
0
Ácido
Neutro
Alcalino
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

A água pura tem reação neutra, e a 25ºC pH=7.

Os seres vivos são extremamente sensíveis as variações
de pH do seu meio interno.

Na espécie humana, o pH do plasma sanguíneo é 7,42 e
variações de ± 0,3 unidades de pH
trazem
consequências graves, com grande risco de vida.





O controle físico do pH é feito através de misturas
reguladoras chamadas tampões.
O tampão recolhe prótons quando há excesso e fornece
prótons quando há falta.
Assim o sistema tampão é formado por aceptor de
prótons e doador de prótons, operando reversivelmente.
O tampão não impede mudanças de pH, mas atenua
consideravelmente essas mudanças.
As variações nesses sistemas conduzem a condições de
acidose e alcalose.
PH E
•
•
•
•
•
TAMPÕES
Sendo a água o componente mais abundante nos
sistemas biológicos, é de se esperar que a água e seus
íons desempenhem um papel muito importante nesses
sistemas.
A água se dissocia espontaneamente em Hidrogênio
(H+) e hidroxila (OH-).
H2O ↔ H+ + OHO próton, H+, não existe livre em solução e se combina
imediatamente a outra molécula de água:
H + + H 2O ↔ H + 3O
H+3O chama-se hidrônio e escreve-se apenas H+
O íon OH- é chamado de hidroxila ou oxidrila.

O pH é o logaritmo
hidrogeniônica.
negativo
da
concentração
Quando o pH desce, H+ aumenta;
 Quando o pH sobe, H+ diminui.



A escala de pH vai de 0 a 14 a 25ºC e 1 atm.
Por analogia o pOH é o log negativo da concentração de
OH
Ph
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pOH
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5
4
3
2
1
0
Ácido
Neutro
Alcalino
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

A água pura tem reação neutra, e a 25ºC pH=7.

Os seres vivos são extremamente sensíveis as variações
de pH do seu meio interno.

Na espécie humana, o pH do plasma sanguíneo é 7,42 e
variações de ± 0,3 unidades de pH
trazem
consequências graves, com grande risco de vida.





O controle físico do pH é feito através de misturas
reguladoras chamadas tampões.
O tampão recolhe prótons quando há excesso e fornece
prótons quando há falta.
Assim o sistema tampão é formado por aceptor de
prótons e doador de prótons, operando reversivelmente.
O tampão não impede mudanças de pH, mas atenua
consideravelmente essas mudanças.
As variações nesses sistemas conduzem a condições de
acidose e alcalose.
CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE O2


É controlado em 1° lugar pela velocidade de absorção
de O2 pelos capilares.
É controlado em 2° lugar pela velocidade da entrada do
novo O2 para os pulmões pelo processo da ventilação.
CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE CO2



O CO2 é continuamente formado no organismo, sendo
também continuamente liberado nos alvéolos e a
partir daí para fora do corpo.
A concentração de CO2 no sangue é muito mais
importante que a de O2.
Se o gás for solúvel no líquido (plasma) ele exerce
pouca pressão este é o caso do CO2 que demora a
saturar, já o O2 é muito pouco solúvel em meio líquido
saturando mais rapidamente.
•
O CO2 é resultado da queima da glicose dentro das
células, tendo como função reativar o tampão carbônico
para a manutenção do pH.
•
•
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
Este tampão tem como finalidade manter a estabilidade
do pH, pois:
•
CO2↑ H+ ↑ pH↓, o que leva a uma acidose.
•
CO2↓ H+ ↓ pH↑, o que leva a uma alcalose.