TROCA E TRANSPORTE
DE GASES
Difusão dos gases através da membrana respiratória
Unidade Respiratória
Cada alvéolo: 0,2 mm
♣ Parede Unidade respiratória: delgada
♣ Capilares
Membrana Respiratória ou
Membrana Pulmonar
respiratório
Alvélo
Membrana Respiratória
♣ Espessura da Membrana Respiratória: 0,6 μ
♣ Superfície total: 50 a 100 m2 (sala 8x10 mt)
♣ Quantidade total sangue capilares pulmonares:
140mililitos
Pq. Quantidade de sangue
em grande área de superfície
Trocas gasosas respiratórias rápidas
Estrutura da membrana respiratória e difusão do O2 do alvéolo
para a hemácia e a difusão do CO2 na direção oposta
Fatores que afetam a velocidade da difusão gasosa através da membrana respiratória
1.
2.
3.
4.
Espessura da membrana
Área superficial da membrana
Velocidade de difusão do gás específico no tecido da membrana (na água da membrana)
Diferença de pressão entre os dois lados da membrana
Aumento da membrana respiratória em decorrência:
Edema pulmonar
Doenças pulmonares
Gases devem se difundir pela membrana e líquido
Interferência nas trocas gasosas
Superfície pleural lisa e brilhante de um
pulmão. Este paciente tem sinalizado um
edema pulmonar, o qual aumenta o fluido
nos vasos linfáticos que drenam os lóbulos
pulmonares. Assim, o lóbulos do pulmão
aparecem marcados com linhas claras.
Área da membrana respiratória
Diminuída pela
♣ Remoção total do pulmão
♣ Enfisema
Diminuição em até 5 vezes da área
total da Membrana Respiratória
Prejudicial para esportes competitivos
Coeficiente de difusão
A transferência de gás através da Membrana respiratória é dependente:
♣ Solubilidade na membrana
CO2 (se difunde através da membrana) : 20 x mais rápido que o O2
O2 : 2 x mais rápido que o N2
Diferença de pressão = tendência efetiva da membrana
“Diferença entre pressão do gás nos alvéolos e a pressão do gás no sangue”
Total de moléculas de um gás que
se choca com paredes alveolares
Total de moléculas de um gás
tentando escapar do sangue na direção oposta
O2 : maior pressão alveolar: sai dos alvéolos e vai para o sangue
CO2: maior pressão sanguínea: sai do sangue e vai para alvéolos
Capacidade de difusão da membrana respiratória
Habilidade Membrana Respiratória ↔ trocar gás entre alvéolos e sangue
Expressa em termos quantitativos pela
Capacidade de difusão que é definida como:
Volume de um gás que se difunde através da
membrana a cada minuto para uma diferença
de pressão de 1 mm Hg
Fatores que afetam a capacidade de difusão
Capacidade de difusão para O2
Capacidade de difusão para O2 sob condições de repouso
21 ml/min/mm Hg
Diferença de pressão de O2 através da membrana durante respiração: 11 mm Hg
21 x 11 = 230 mililitros de O2/min
Alteração da capacidade de difusão de O2 durante exercício físico
♣ Fluxo sanguíneo pulmonar ↑
♣ Ventilação alveolar ↑
♣ Difusão de O2 ↑
máximo de 65 ml/min/mm Hg (3x + repouso)
Provocado pela
Abertura de capilares pulmonares
Aumento da área superficial
(3x 21 ml)
Capacidades de difusão para monóxido de carbono, oxigênio
e dióxido de carbono em pulmões normais
♣ Capacidade de difusão para dióxido de
carbono
a)
b)
Difusão rápida pela membrana
Diferença média menor que 1 mmHg
No entanto,
♣ as medidas de difusão de outros gases
mostram que : a capacidade de difusão:
relaciona-se à difusão do gás em foco
Captação do O2 dos alvéolos pelo sangue pulmonar
Difusão de moléculas de O2 entre
ar alveolar e sangue pulmonar:
Diferença de pressão inicial: 104 – 40 = 64 mmHg
Difusão do O2 dos capilares teciduais para líquido tecidual
♣ Difusão rápida do O2 do sangue para os tecidos
♣ Efeito velocidade do fluxo e metabolismo tecidual sobre PO2 líquido intersticial:
↑ fuxo: ↑ O2 para o tecido, ↑ PO2
95 mmHg (PO
2
no sangue arterial)
Difusão do O2 dos capilares teciduais para células teciduais
Sendo o O2 constantemente utilizado pelas células,
♣ PO2 intracelular ↓ do que a PO2 nos capilares
(de 5 até 40 mm Hg)
23 mmHg
Valor suficiente e seguro
Apenas 1 a 3 mmHg de pressão de O2 é o necessário
para manter os processos metabólicos da célula
Difusão do dióxido de carbono das células para os capilares
e dos capilares pulmonares para os alvéolos
Transformação O2 → CO2: ↑PCO2 intracelular
CO2 das células → capilares teciduais → pulmões → dos capilares pulmonares → alvéolos
Dióxido de Carbono se difunde na direção contrária à difusão do Oxigênio
CO2 difunde até 20 x mais rápido que o O2
Diferenças de pressão que provocam difusão do CO2
são bem menores que as necessárias para a difusão do O2
Irrigação pulmonar e relação ventilação perfusão
♣ Resistência ao fluxo dos vasos pulmonares
18 mmHg
Velocidade idêntica
Independente débito cardíaco, já que:
↑ débito → ↑ pressão pulmonar: vasos sanguíneo fechados: se abrem (recrutamento)
Artérias pulmonares → + complacentes que as sistêmicas
Estas características da alça
pulmonar possibilitam que
Grandes aumentos do débito do
esquerdo que ocorrem quando praticamos exercícios,
Sejam enfrentados pelo ♥ direito sem aumento pressão arterial pulmonar
Filtração e reabsorção capilares no pulmão
↓ pressão arterial pulmonar → 7 mmHg nos capilares pulmonares
(deslocando o equilíbrio de absorção e filtração)
Favorecendo a absorção - Protege do Edema
Equilíbrio Ventilação perfusão (V/Q)
É a proporção entre ventilação alveolar e o fluxo sanguíneo alveolar
Sistema respiratório como todo:
Volume minuto respiratório/débito cardíaco
4l/min (de ar)
5l/min (de sangue)
= 0,8
Eficiência trocas gasosas: V/Q deveria ser uniforme em todas as regiões
do pulmão
Desequilíbrios:
Desequilíbrios regionais da V/Q: espaço morto fisiológico
Alvéolo que é ventilado mas não recebe qualquer perfusão:
ESPAÇO MORTO ANATÔMICO
Alvéolo que é perfundido mas não recebe qualquer ventilação:
CURTO-CIRCUITO FORA DO PULMÃO]
Equilíbrio ventilação perfusão
Pessoa deitada – problema banal
Pessoa em pé Pa acima : menor
abaixo ♥: maior
Efeito da gravidade sobre
a pressão hidrostática
Pulmão
Alvéolos do ápice: maior expansão
Alvéolos maiores: menor complacência
Alvéolos da base: menores → ↑ complacência e ↑ perfusão
Efeitos da gravidade sobre ventilação
e perfusão se anulam?
Não. Base do pulmão: dobro de ventilação
e 10x mais fluxo sanguíneo
Pressão Intrapleural:
Compensação do pulmão pela variação da ventilação local
1. Aumento de CO2 e diminiuição de O2 : bronquíolos vizinhos se dilatam:
redirecionando o ar inspirado para alvéolos pouco ventilados
2. Diminuição do O2 ou aumento do CO2 ocasionam vasoconstrição local:
deslocam sangue para fora das partes apicais pouco ventiladas do pulmão
Discrepância menos intensa entre perfusão e ventilação
O2
O2
O2
O2
O2
O2
♣ Transporte do O2:
Dissolvido
Combinado à hemoglobina
Papel da hemoglobina no transporte do O2 no sangue arterial
O2 dos pulmões para tecidos: 97%
O2 – hemoglobina ↔ fraca combinação
PO2 ↑ (capilares pulmonares) → O2 se liga à hemoglobina
PO2 ↓ (capilares teciduais) → O2 liberado da hemoglobina
Base do transporte O2 pulmões → tecidos
Curva de dissociação da Oxiemoglobina
↑ progressivo da % de
hemoglobina ligada ao O2 à
medida que a PO2 do sangue ↑
Percentual de saturação da hemoglobina
Pressão gasosa do oxigênio
Quantidade de O2 combinado a hemoglobina do sangue
Sangue de indivíduo normal:
15 g hemoglobina/100 mililitros de sangue
1g hemoglobina: liga-se a 1,34 mililitro de O2 → 100 mililitros sangue:
20 mililitros de O2 (hemoglobina 100% saturada)
Quantidade de O2 liberado pela hemoglobina nos tecidos
97% saturada: 19,4 mililitros/100 mililitros de sangue
Capilares dos tecidos: 14,4 mililitros
19,4-14,4 = 5 mililitros são transportados para os tecidos/100 mililitros de sangue
Transporte de O2 durante exercício extenuante
Restam apenas 4,4 mililitros de O2 associado à hemoglobina, ao passar pelos tecidos
15 mililitros O2 /100 mililitros de sangue são transportados
3 x mais
* Maratonistas
Uso metabólico do O2 pelas células
Relação entre PO2 intracelular e a velocidade de consumo do O2
em diferentes concentrações de ADP
Pequeno nível de pressão de O2 é necessário
para reações → ADP se torna limitante
Quando a PO2 intracelular ↑ de 1 para 3 mmHg
a velocidade de consumo de O2 é constante
para qualquer concentração fixa de ADP na célula
Variações da curva de dissociação O2-hemoglobina: Desvio da curva
Para a direita:
PCO2 (aumentado no sangue venoso proveniente de
tecido com elevado metabolismo)
pH (pela maior produção de CO2 nos tecidos ativos)
Temperatura (maior em tecidos ativos)
2-3 DP-glicerato (produzido pelas hemácias)
Exercício
Desvio E
Ligação a Hb
Desvio D
O2 aos tecidos
Para a Esquerda:
PCO2
pH
Temperatura
2-3 DPG
metabolismo
Fatores que alteram a afinidade do O2 pela hemoglobina
Combinação da hemoglobina com monóxido de carbono – deslocamento do O2
CO→ se combina com a hemoglobina no mesmo ponto que o O2
250 x mais forte
Deslocamento de O2 da hemoglobina
Paciente envenenado por CO
CO liberado pela “queima” de combustíveis fósseis e fumaça de cigarros →
combinação com a hemoglobina → Impossibilidade de transportar O2
Morte por asfixia
Concentração de CO e qualidade do ar
Qualidade do ar
Concentração de CO – ppm* (média de
8h)
Inadequada
15 a 30
Péssima
30 a 40
Crítica
Acima de 40
* ppm (parte por milhão) = 1 micrograma de CO por grama de ar 10 –6
Concentração de CO (ppm)
Sintomas em seres humanos
10
Nenhum
15
Diminuição da capacidade visual
60
Dores de cabeça
100
Tonturas, fraqueza muscular
270
Inconsciência
800
Morte
Transporte de CO2
Dissolvido
(5 a 7% do total)
Carmino-hemoglobina
Ìon bicarbonato (HCO3-)
(15 a 25 % do total)
Produzido pelas hemácias
* Facilidade: Condições anormais: pode ser transportado em grandes quantidades
Equilíbrio CO2, ácido carbônico e bicarbonato
CO2 dissolvido no sangue → reage com H2O: forma H2CO3 (anidrase carbônica: 5.000x)
Dissocia-se em:
HCO3- + H+
CO2
A maior parte de íons H se combina com hemoglobinas
nas hemácias e a maioria do bicarbonato se difunde
nas hemácias
Alterações da acidez do sangue durante o transporte do CO2
Formação do H2CO3 ↓ pH sanguíneo
Reação do ácido com tampões sanguíneos
impede que a concentração de H aumente muito e que o pH desça muito
pH: 7,4 → 7,37
Alteração de 0,04 unidade
Efeito Bohr e efeito Haldane
Aumento da concentração de CO2 no sangue provoca deslocamento da hemoglobina
Efeito Bohr
Altos níveis de CO2 diminuem a afinidade da Hemoglobina com o O2
Sangue passa pelos pulmões → CO2 difunde-se do sangue para alvéolos:
↓ PCO2 do sangue e a concentração de íons hidrogênio
Desvio da curva para a esquerda
(↓ metabolismo)
Sangue passa capilares dos tecidos → CO2 penetra-se no sangue:
Dissocia-se O2 da hemoglobina: liberação de O2 para tecidos
Desvio da curva para a direita
(exercício)
Efeito Haldane
O2 liga-se à hemoglobina → liberação de CO2
Aumento do transporte de CO2 do sangue
♣ Inverso do Efeito Bohr:
A ligação do O2 á hemoglobina tende a deslocar o CO2 do sangue