Seminário 2.
Troca gasosa e transporte de gases.
1. Qual a força que rege a difusão de gases entre o ar alveolar e o sangue do capilar e entre o sangueno capilar tecidual e os tecidos? Como essa força se estabelece? A pressão parcial de cada gás (pressão que as moléculas de um determinado gás exercem sobre as superfícies respiratórias em um determinado instante) na mistura de gás respiratório alveolar tende a forçar as moléculas daquele gás para a solução no sangue dos capilares alveolares. As moléculas desse mesmo gás presentes no sangue, também podem escapar do sangue para os alvéolos numa taxa de difusão proporcional a sua pressão parcial. A difusão resultante do gás ocorrerá em direção ao local onde a press ão parcial desse gás for menor, ou seja, se a pressão de oxigênio for menor no sangue capilar do que nos alvéolos (o que normalmente ocorre), a difusão de oxigênio será no sentido do alvéolo para o sangue. A pO2 nos alvéolos é determinada pela taxa de absorção de oxigênio (quanto mais rápido o oxigênio é absorvido, menor a sua pressão parcial nos alvéolos) e pela taxa de entrada de novo oxigênio nos pulmões pelo processo ventilatório (quanto mais rápido o oxigênio é respirado pelos alvéolos, maior a sua pressão parcial nesse compartimento). A pO 2 no alvéolo é de 104mmHg, enquanto a pO 2 no sangue pulmonar é de 40mmHg. Dessa forma, o oxigênio se difunde do alvéolo para o sangue pulmonar. Durante esse processo, a pO2 sanguínea aumenta até o nível da pO 2 do ar alveolar. A pCO2 nos alvéolos é determinada pela excreção de dióxido de carbono (quanto maior a excreção desse gás, maior a sua pressão p ressão parcial nos alvéolos) e pela ventilação alveolar (quanto maior a ventilação, menos a sua pressão p ressão parcial nos alvéolos). A troca gasosa entre os alvéolos e o sangue pulmonar se dá através das membranas de todas as porções terminais dos pulmões (bronquíolo respiratório, ducto alveolar, átrio e alvéolo). Quando o sangue arterial chega aos tecidos a pO 2 é de 95mmHg, pois o sangue pulmonar (com pO 2 de 104mmHg) se misturou com o sangue que supriu os tecidos profundos dos pulmões e não foi exposto às trocas gasosas (pO 2 de 40mmHg). Entretanto, a pO 2 no líquido intersticial que circunda as células teciduais é de 40mmHg. Essa diferença de pressão faz com que o oxigênio difunda-se dos capilares para o líquido intersticial até que a pO 2 do do sangue capilar fique em torno de 40mmHg. A pO2 tecidual é determinada por um equilíbrio entre: 1)Taxa de transporte de oxigênio do sangue para os tecidos: t ecidos: se o fluxo de sangue através de um tecido aumentar, maiores quantidades de oxigênio são transportados para o tecido, e a pO 2 tecidual torna-se maior. Porém, a pO 2 tecidual só pode aumentar até 95mmHg, que é a pO 2 do sangue capilar. Ao contrário, se o fluxo sanguíneo através de um tecido diminuir, a pO 2 tecidual também irá diminuir, pois menores quantidades de oxigênio vão se difundir dos capilares para o líquido intersticial. 2)Taxa de utilização de oxigênio o xigênio pelos tecidos: se as células usarem mais o oxigênio o xigênio para o metabolismo, haverá uma redução da pO 2 do líquido intersticial e vice-versa. O oxigênio está sempre sendo utilizado pelas células. Portanto, a pO 2 intracelular nas células do tecido periféricos permanece menor do que a pO 2 nos capilares periféricos. Além disso, em muitos casos, há uma distância considerável entre os capilares e as células. Portanto, a pO 2 intracelular intracelular normal varia de 5mmHg até 40mmHg, tendo em média 23mmHg. O consumo de oxigênio pelas células, em geral, produz dióxido de carbono, o que aumenta a pCO 2 intracelular. Devido a essa elevada pressão parcial de dióxido de carbono, o CO 2 difunde-se das células teciduais para os capilares tecidual, e é então transportado pelo sangue para os o s pulmões. Nos pulmões ele de difunde (também por uma diferença de pressão parcial) dos capilares pulmonares para os alvéolos e é expirado. A difusão do dióxido de carbono se dá sempre do sentido contrário da difusão do oxigênio. Entretanto, a difusão do primeiro gás é cerca de 20 vez es mais rápido que a difusão do segundo gás. Dessa forma, as diferenças de pressão necessárias para causar a difusão do CO 2 são bem menores que as diferenças de pressão necessárias para causar a difusão do O 2 . As pressões de CO 2 são aproximadamente as seguintes: 1)pCO2 intracelular de 46mmHg e pCO 2 intersticial de 45mmHg (diferença de 1mmHg) 2)pCO2 do sangue arterial que entra nos tecidos de 40mmHg e pCO 2 do sangue venoso que deixa os tecidos de 45mmHg. 3)pCO2 do sangue que entra nos capilares pulmonares de 45mmHg e pCO 2 do ar alveolar de 40mmHg (diferença de 5mmHg). A pCO2 intersticial é pela taxa do metabolismo tecidual (aumenta a taxa, aumenta a pCO 2 intracelular e viceversa) e pelo fluxo sanguíneo (aumenta o fluxo, diminui a pCO 2 intracelular e vice-versa). 2. O que é membrana respiratória ou membrana pulmonar? Onde ela se localiza? Como é constituída? Membrana respiratória é o conjunto de membranas que revestem toda a unidade respiratória (bronquíolo respiratório, ducto alveolar, átrio e alvéolo). Ela é constituída de:
1) Uma camada de líquido revestindo o alvéolo e contendo surfactante que diminui a tensão superficial do líquido alveolar. 2) O epitélio alveolar composto de células epiteliais finas, 3) Uma membrana basal epitelial 4) Um espaço intersticial fino entre o epitélio alveolar e a membrana capilar 5) Uma membrana basal capilar que em muitos locais funde-se com a membrana basal do epitélio alveolar. 6) A membrana endotelial capilar. A membrana respiratória possui uma área superficial de aproximadamente 70m 2 em um adulto normal do sexo masculino. A quantidade total de sangue nos capilares pulmonares é de 60 a 140 milímetros. Assim, uma pequena quantidade de sangue fica espalhada sobre uma superfície tão grande, permitindo que as trocas gasosas aconteçam de maneira tão rápida. 3. Quais os fatores que alteram a velocidade de difusão dos gases através da membrana respiratória?Explique de que maneira o enfisema e o edema pulmonar alteram a troca gasosa. Os fatores que alteram a velocidade de difusão dos gases através da membrana respiratória são: 1) A espessura da membrana respiratória: pode aumentar devido à presença de edema (aumento de líquido) no espaço intersticial da membrana e nos alvéolos, por doenças pulmonares que causam fibrose dos pulmões, etc. A taxa de difusão dos gases através da membrana é inversamente proporcional a sua espessura, pois se a espessura aumenta, a distância que os gás terá que percorrer para atravessá-la será maior. Qualquer fator que aumente a espessura mais de duas ou três vezes acima do normal pode interferir significativamente com a troca respiratória normal dos gases. 2) A área superficial da membrana respiratória: pode diminuir devido à remoção total de um pulmão (diminui a área superficial total à metade do normal), devido a um enfisema pulmonar (doença crônica, na qual os alvéolos são gradualmente destruídos, portanto, as novas câmaras alveolares são muito maiores do que os alvéolos originais, mas a área superficial total da membrana respiratória geralmente diminui em até cinco vezes devido à perda das paredes dos alvéolos), etc. Quando a área superficial total da membrana respiratória diminui a cerca de um terço a um quarto do tamanho normal, a troca gasosa através da membrana fica significativamente comprometida, até mesmo em condições de repouso. 3) O coeficiente de difusão dos gás na substância da membrana: depende da diferença de pressão parcial entre as extremidades da membrana respiratória (¨P), da área de corte transversal da membrana respiratória (A), da solubilidade do gás (S), da distância da difusão (d) e do peso molecular do gás (PM), de acordo com a fórmula: D 4 )A diferença de pressão parcial do gás entre os dois lados da membrana: ou seja, diferença entre pressão parcial do gás nos alvéolos e pressão parcial do gás no sangue dos capilares pulmonares. Quanto maior essa diferença, maior será a difusão. 4. O que é relação ventilação/perfusão? Qual o significado dessa relação para a troca gasosa? É a relação entre a ventilação alveolar (V A ) e a perfusão (Q) de sangue que chega a esses alvéolos através dos capilares pulmonares, ou seja, é a razão V A /Q. Essas duas variáveis, como dito anteriormente, determinam a pO 2 e a pCO2 nos alvéolos. Mesmo em condições fisiológicas normais (até certo ponto) e especialmente em muitas doenças pulmonares, algumas áreas dos pulmões são bem ventiladas mas não tem quase nenhum fluxo sanguíneo, enquanto outras áreas contam com excelente fluxo sanguíneo, mas pouca ou nenhuma ventilação. - Quando V A=0 e Q é normal, V A /Q=0: nesse caso, o ar nos alvéolos entra em equilíbrio com o oxigênio e dióxido de carbono no sangue venoso que chega aos pulmões, ou seja, as pressões parciais desses gases serão de 40mmHg e 45mmHg, respectivamente, nos dois compartimentos (sangue e alvéolo). - Quando V A é normal e Q=0, V A /Q=infinito: nesse caso, o ar nos alvéolos entra em equilíbrio com o ar inspirado umidificado, que tem pO 2 de 149mmHg e pCO2 de 0mmHg. Estas serão as pressões parciais dessas gases no alvéolo nessa situação. - Quando V A é normal e Q é normal: nos alvéolos, pO 2 será de 104mmHg e pCO 2 será que 40mmHg.
Quando V A /Q estiver abaixo do normal, há ventilação inadequada para prover o oxigênio necessário para oxigenar completamente o sangue que flui através dos capilares pulmonares. Portanto, uma fração do sangue venoso que atravessa os capilares pulmonares não se torna oxigenado. Esta fração é denominada sangue desviado. O conceito de desvio fisiológico é o sangue desviado somado ao sangue que flui através dos vasos brônquicos em vez de através dos capilares alveolares (normalmente 2% do DC). Quando V A /Q estiver acima do normal, significa de V A é grande e Q é baixo. Nesse caso, há muito mais oxigênio disponível nos alvéolos do que pode ser transportado para fora dos alvéolos pelo sangue circulante. Assim, diz-se que a ventilação desses alvéolos é desperdiçada. O conceito de especo morto fisiológico é essa ventilação desperdiçada somada a ventilação das áreas do espaço morto anatômico. 5. Descreva a curva de saturação da hemoglobina com oxigênio. Qual o comportamento da curva desaturação da hemoglobina quando o pH está ácido o u básico? Justifique sua resposta. A molécula de oxigênio combina-se frouxamente e de maneira reversível com a porção heme da
hemoglobina. Quando a pO 2 é alta, como nos capilares pulmonares, o oxigênio liga -se a hemoglobina, mas quando apO2 é baixa, como nos capilares teciduais, o oxigênio é liberado da hemoglobina. Essa curva de saturação da hemoglobina mostra que há um aumento progressivo na porcentagem de hemoglobina ligada ao oxigênio à medida que a pO 2 do sangue aumenta, o que é denominado percentual de saturação da hemoglobina. Em uma pessoa normal, 15 gramas de hemoglobina em 100mililitros de sangue conseguem combinar-se com um total de mais ou menos 20 mililitros de oxigênio (20 volumes percentuais se a hemoglobina estiver 100% saturada. Essa é a quantidade máxima de oxigênio que consegue combinar-se com a hemoglobina no sangue.
Normalmente, a hemoglobina está 97% saturada, carregando 19,4 mililitros de oxigênio por 100 mililitros de sangue. Quando o sangue passa através dos capilares teciduais, essa quantidade é reduzida em média para 14,4 mililitros (pO 2 de 40mmHg, hemoglobina 75% saturada). Assim, sob condições normais, cerca de 5 mililitros de oxigênio são transportados dos pulmões para os tecidos a cada 100 mililitros de fluxo sanguíneo. Quando o sangue torna-se mais ácido, a curva de saturação da hemoglobina desloca-se para a direita, e um aumento no pH do sangue, desloca a curva para a esquerda.
Efeito Bohr: o desvio da curva para a direita em resposta a aumentos no dióxido de carbono e nos íons hidrogênio no sangue tem um efeito significativo de intensificar a liberação de oxigênio do sangue para os tecidos e intensificar a oxigenação do sangue nos pulmões. - nos capilares teciduais, pCO 2 aumenta, aumentando também a concentração de ácido carbônico (H 2 CO3 ) e íons hidrogênio. Esses efeitos deslocam a curva de dissociação para direita e para baixo, forçando o oxigênio para fora da hemoglobina. - nos capilares pulmonares, pCO 2 diminui, diminuindo a concentração de íons hidrogênios, descolando a curva para cima e para a esquerda. Portanto, a quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina a qualquer pO2 alveolar torna-se consideravelmente maior. 6. O que garante a saturação da hemoglobina com oxigênio, no sangue dos capilares pulmonares,durante exercício físico intenso? O músculo em exercício libera grandes quantidades de CO 2 e outros ácidos, aumentando a concentração de íons hidrogênio no sangue dos capilares musculares que promovem uma maior liberação de oxigênio para os músculos (íons hidrogênio reagem com a hemoglobina estabilizando a sua forma tensa, a qual tem pouca afinidade pelo oxigênio). O sangue chegará aos pulmões com uma pCO 2 elevada, fazendo com haja uma maior difusão de CO 2 para os alvéolos e permitindo a captação de quantidades extras de oxigênio dos alvéolos. (?) 7. Explique como é o transporte de CO 2 no sangue, na forma de HCO 3-. Em condições normais de repouso, uma média de 4 mililitros de dióxido de carbono é transportada dos tecidos para os pulmões em cada 100 mililitros de sangue. Ao entrar nos capilares dos tecidos, o dióxido de carbono inicia uma série de reações químicas e físicas quase instantâneas. Uma pequena porção do dióxido de carbono é transportada no estado dissolvido para os pulmões. 70% do dióxido de carbono é transportado na forma de HCO 3- :Nas hemácias, há uma enzima chamada de anidrase carbônica que catalisa a reação entre CO 2 e água, formando ácido carbônico (H 2 CO3 ). Depois, ainda na hemácia, esse ácido carbônico se dissocia em íons hidrogênio e íons bicarbonato (H + e - Os íons hidrogênio combinam-se com a hemoglobina nas hemácias e os íons bicarbonato saem da HCO3 ). hemácia para o plasma através de uma proteína carreadora de bicarbonato-cloreto que troca um íon bicarbonato por um íon cloreto. Outra parte do dióxido de carbono reage com a própria molécula de hemoglobina, formando o composto carbaminoemoglobina (CO 2 Hbg). Essa combinação de dióxido de carbono e hemoglobina é uma reação reversível que ocorre com um elo fraco, de maneira que o dióxido de carbono é facilment e liberado para os alvéolos.
8. Circulação Pulmonar (Características e efeito da gravidade) 9. Circulação Brônquica e Shunt arteriovenoso (implicações sobre a pO 2 nas veias pulmonares)
