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Princípios Físicos das Trocas Gasosas
Data: 07/10/2019 – Prof. Rodrigo – Fisiologia Aula digitada por: Julia Assunção
Conceitos Básicos de Físico-Química
A tem na sala o ar ambiente, e esse ar é composto por uma quantidade de moléculas de uma determinado gás. Então temos: uma quantidade de moléculas de Oxigênio, uma de moléculas de CO 2 e uma de Nitrogênio. E a soma dessas moléculas resulta na pressão do gás nessa sala. Imaginem uma caixa fechada, com conteúdo de 2 moléculas de algum gás, “Qual é a pressão desse gás dentro dessa caixa?’’ - “2 “. E vamos lembrar que essas moléculas estão em constante movimento, então elas estão “andando” dentro dessa caixa, fazendo uma pressão de 2. Se eu colocar nessa caixa mais 2 moléculas a pressão aumenta para 4. Mas se eu colocar mais 2 moléculas só que agora de um outro gás, continua a mesma linha de raciocínio, a pressão vai para 6 (4 de um gás e 2 de outro). Vamos imaginar que essa caixa agora esteja dividida no meio, com 4 moléculas de um gás de um lado (com pressão de 4), e nenhuma do outro (com pressão 0). Quando se abre um espaço na linha divisória (Área de Difusão), chegamos a conclusão de que: Se eu tenho uma área de Pressão maior e ela entra em contado com uma área de pressão menor, o gás irá migrar da maior pressão para a menor , até que as pressões se igualem, ou seja, cheguem em um equilíbrio
Vamos agora imaginar essa caixa fechada (separada no meio) e ela tem 4 moléculas de um gás X (P= 4) e do outro lado, 2 moléculas de um gás Y (P=2). Se essa caixa abrir uma Área de^1 Difusão, os gases migrarão até se igualarem. Esse é o Princípio Básico do Pulmão.
Base Molecular da Difusão Gasosa
➔ “Como é o ar que estamos respirando agora?” Pressão no Nitrogênio = 79, 80% Pressão do Oxigênio = 20, 21%
Logo quando estamos respirando, estamos respirando um ar de 20% de Oxigênio. Quando subimos uma montanha ouvimos falar que o ar fica Rarefeito, que significa que cada hora que respiramos está vinda menos que esse 20 (15, 12, 10%). Ex.: Dificuldade dos times brasileiros ao jogar em altas altitudes Correr em um ar com baixa oxigenação. Mas quando vemos pessoas com falta de ar nos hospitais deve-se dar Oxigênio para sua melhora, logo essa pessoa estará respirando mais que esses 20 (30, 35, 40%).
(^1) P= Pressão
Pressão de Vapor d´água Quando dizemos Umidificar o ar, estamos pegando um ar que tem nitrogênio e oxigênio e adicionando água, ou seja, o ar será composto por Água, além do Oxigênio e do Nitrogênio. Logo modificamos a composição do ar que estamos respirando.
Diferença de pressão para a difusão “Quais são os dois principais determinantes de fluxo dentro de um vaso?’’
- Fluxo no vaso = Diferença de Pressão vezes π.raio elevado a 4ª potência, ou seja, os dois principais
são o Raio , que vocês podem pensar no pulmão - quanto mais eu abro meu pulmão mais eu tenho
fluxo; e a Diferença de Pressão. Se na caixa dividida tivesse de um lado uma pressão de 100 e do outro
uma pressão de 0, essa passagem seria muito mais fácil, pois quanto maior é a diferença de pressão mais fácil é a difusão. Isso vai ser importante pois veremos também que é a diferença de pressão que vai fazer com que o gás passe de um lado para o outro (Como que o Oxigênio no alvéolo vai passar para o sangue venoso, como que o gás carbônico vai passar do sangue venoso para o alvéolo), pois é isso que o pulmão faz, Troca Gasosa. Respiramos o O2 e Expirando o CO2, e essa troca vai ocorrer por uma diferença de pressão, e na verdade essa Difusão também é determinada por vários fatores diferentes. Então a Difusão de um gás (sair do alvéolo e passar para o sangue venoso) será determinada por:
1. Diferença de Pressão (Delta P) - Quanto maior é a diferença de pressão maior é a difusão. 2. Área de difusão (A) - (Espaço aberto na linha que separa as caixas) Quanto maior a abertura maior a difusão. Dentro do pulmão essa Área é o Alvéolo , ou seja, quanto mais alvéolos mais área para fazer a troca. 3. Solubilidade (S) - (solubilidade de um gás em água) Esse ar vai passar por dentro da célula epitelial, pelo interstício, pelo próprio sangue, então quanto mais solúvel for esse gás maior é a capacidade que ele tem de se difundir.
- Distância (d) - (distância que o gás tem a se difundir) imagine na caixa que o gás tenha que passar por uma região até passar para o outro lado, como na imagem. Logo quanto maior essa distância mais difícil será a difusão.
- Peso Molecular (PM) - quando mais pesado é um gás mais dificilmente ele irá se difundir.
Resumindo... A difusão irá ocorrer, principalmente, quanto tivermos uma boa diferença de pressão, uma boa área de difusão ou troca (que são os alvéolos) e se esse gás for solúvel. E estará dificultada quando houver uma grande distância a ser percorrida e se for um gás pesado. O sangue venoso chega no pulmão pela minha Artéria Pulmonar, dela ele vai chegar nos alvéolos, desses teremos uma rede de capilares onde o sangue irá entrar em contato com os alvéolos e lá ocorrerá a mudança do sangue venoso para arterial, então ele sai pela Veia pulmonar como sangue arterial.
Nós vemos diferentes tipos de ar, um deles é o ar atmosférico ou ambiente (o que respiramos, mas temos também o Ar Umidificado, Ar Alveolar e o Ar Expirado). Se nós estivermos mais ou menos no nível do mar a pressão de gases que faz o ar atmosférico é 760mmhg, que será dividido em 79% nitrogênio e 20% de Oxigênio e quase nada de Co2, apenas 0,04% ou 0,03 mmHg, praticamente desprezível e sem água. O cateter de O2 que se coloca no nariz, é usado para regular a quantidade de Oxigênio que irá entrar por minuto. ( 1L por minuto = ar a 24%; 2L por min = 28%..). “Qual é a primeira mudança que ocorre no ar que respiramos?”
‘’Se tem 104 e 40 ( que são pressões diferentes) não era pra equilibrar 72 e 72?’’ - Se eu tenho uma caixa com 104 de um lado e 40 do outro na hora que eu abrisse ela realmente ficaria 72 e 72, só que temos que entender que esse 104 está sempre recebendo O2, sempre que eu respiro ele sobe, e quando esse O2 entra ele, automaticamente, passa e se transforma em sangue arterial. É o processo que deixa um sangue venoso arterial, em outras palavras: é o sangue que chega com uma PO2 baixa no pulmão, quando isso ocorre a PO2 dentro do pulmão é maior, então ela empurra o oxigênio de dentro do alvéolo e para o sangue venoso, e ele fica com a mesma concentração de O2 de dentro do alvéolo, virando arterial. Outro pensamento… “Qual é a PCO2 do sangue venoso?” - 45. “Como tem que ser a PCO2 dentro do alvéolo, maior ou menor que 45?” - Menor (40), então na hora que esse sangue venoso entra em contato com o alvéolo o CO2 começa a passar e é jogado pra fora. Pergunta de Aluno: “Por que desses 149 chega no alvéolo só 104?” - 149 vai entrar e se misturar nesses 104. Se eu parar de respirar propositalmente eu vou continuar fazendo troca porque tenho ar dentro do pulmão (2300ml Volume residual + volume de reserva respiratório). Ex.: Prender a respiração não causa desmaio, pois o cérebro continua sendo oxigenado, pois temos uma reserva de 2300, mas quando paramos de respirar esses 104 vai diminuindo gradativamente (103, 102, 101…) até que chega o momento que precisaremos respirar (quando a PCo2 alveolar se igualar a do sangue venoso). Esses 104 é estável enquanto estamos respirando, na hora que esses 149 entra e se mistura, o que ele faz é aumentar mais ainda a pressão dentro do alvéolo e faz com que esse esse 149 passe adiante. O mesmo ocorre com o 45 do sangue venoso, ele entra no alvéolo se mistura, “mas porque não sai 42,5 ( visto que a PCO2 no alvéolo já estava em 40)?” - Lembrando da caixa, neste caso ela não é fechada, nela está entrando e saindo O2. Então se ela fosse uma caixa fechada como nos exemplos anteriores as pressões iam se igualar, mas ela é aberta e por isso o fluxo de gases (entrada e saída) não deixa isso acontecer. Toda hora que entra O2, O2 passa para o outro lado da caixa e O2 sai, ou seja, esse sistema está em constante renovação e não é somente uma caixa fechada onde não há alteração de volume. Devemos, a partir disso, entender a importância daquele volume residual de 1200 (Após a expiração mais forçada, sempre há esse valor), 2300 (Volume de reserva expiratório + Residual) e de toda hora entra 500 ( volume corrente). Imagine se meu pulmão, ao respirar, se enchesse de ar e se esvaziasse completamente, ao parar de respirar ia ocorrer um desmaio imediato por falta de oxigenação no sangue, então o corpo criou um sistema que tem 2,5L de oxigênio. Se ficarmos segundos ou até minutos sem respirar, principalmente quando enchemos totalmente nosso pulmão, continua ocorrendo troca gasosa. Quando não estamos respirando o sangue vai gradativamente diminuindo a quantidade de oxigênio e aumentando a quantidade de CO2, vai chegar uma hora que esse sangue, quando passar pelo tronco cerebral, vai liberar um comando para “encher o peito”. Por isso que ninguém se mata prendendo a respiração, pois o cérebro identifica esse excesso de CO2 e falta de O2 e envia um comando para a contração do diafragma. Quem regula isso (se vai entrar mais ou O2 e se vai sair mais CO2) é a própria concentração de O2 e CO2 que o corpo está precisando. “Quem é o mais importante regulador da nossa frequência respiratória?” - É o CO2. EX1.: Se eu começar a movimentar meus braços irá ocorrer maior consumo de Oxigênio por ele, e Vasodilatação para chegar mais O2, mas enquanto esses músculos estão consumindo Oxigênio eles estão produzindo CO2, que irá chegar no cérebro e aumentará minha frequência respiratória. Quando parar de mexer o braço irá diminuir a demanda de O2, entendido isso pelo cérebro, ocorre diminuição da frequência respiratória. EX2.: Quando estamos dormindo a nossa frequência respiratória é baixa, devido a pouca demanda de O2 e baixa produção de CO2 pelo nosso organismo. Da mesma forma que o corpo que controla todo funcionamento do coração e todos os vasos, ele também controla nossa respiração. EX3.: Quando temos uma pessoa com uma parada cardíaca ou cardiorrespiratória, há 2 coisas que devem ser feitas para manter o cérebro funcionando: Massagem Cardíaca e Oxigenação. Mas “ Se eu expiro CO2 e inspiro O2, para que fazer respiração boca boca, ou seja, soprar CO2 dentro da boca da pessoa, isso vai ser bom pra ela?” - A
nossa PO2 alveolar é de 104 mmHg e na hora que inspiramos entra um volume corrente de 500 chegando 350 no alvéolo. Os outros 150 ficam no espaço morto , onde não houve troca, portanto possuem uma PO2 de 149. Então na hora que expiramos saem também 500 ml de ar, 350 do alvéolo que vão se misturar com os 150 ml que estavam no espaço morto, logo na hora que expiramos sai um ar que tem, mais ou menos, 128 mmHg de Oxigênio, ou seja, o ar expirado também é rico em oxigênio (Inspiramos a 159 e expiramos a 128). Por isso que a respiração boca boca funciona, não é o ideal mas pelo menos conseguimos mandar um pouco de O2 para o pulmão daquela pessoa, suficiente para manter a perfusão. “Mas e a quantidade de CO2 que vai ser expirado?” - Sai um ar que tem 40 de CO2 (350ml) misturado com um ar que tem 0 (150ml), então acaba saindo cerca de 32, 33 mmHg. Gasometria : deve ser arterial. Para diferenciar uma arterial de uma venosa deve-se levar em conta a coloração, a Pressão Arterial, mas principalmente a PO2 e a PCO2. Mesmo um sangue sendo vermelho vivo e aparentemente parecer arterial só podemos dizer se é ou não verificando os valores de PO2 e PCO2. Existe uma condição clínica a qual o paciente tem uma baixa PO2 no sangue arterial, Hipóxia, ou seja é uma baixa de oxigênio no sangue arterial. E quando temos um aumento de CO2 no sangue arterial termos um paciente com Hipercapnia, ou seja, excesso de CO2 no sangue arterial. Lembrando que um dos influenciadores da difusão gasosa é a distância que ele deve percorrer (Dificulta), essa distância é a Membrana Respiratória , que começa em: Água e o surfactante → epitélio do alvéolo → membrana basal do alvéolo → Interstício → membrana basal do capilar → endotélio Na hora que o ar entra dentro do alvéolo ele tem que passar por todo esse trajeto (distância). Então quando um paciente tem uma pneumonia, com uma área do pulmão cheia de secreção, se o alvéolo está todo tomado por secreção a troca gasosa é dificultada devido ao aumento da distância. Ex.: inflamação do Interstício. Qualquer doença que destrua o alvéolo (diminui a área) ou aumente a distância serão doenças pulmonares. Enfisema nada mais é que uma destruição dos alvéolos, diminuindo muito a área de difusão. Pergunta de aluno: “Se eu aumento a concentração de CO2 no sangue (Hipercapnia) a difusão vai ser mais rápida?”
- Se ocorrer o aumento de CO2 patológico, devido a uma pneumonia (dificulta a chegada de O2 e a saída de Co2), o paciente pode evoluir para uma acidose respiratória, lembrando que a fórmula do Ph é bicarbonato sobre CO2.
- Mas o aumento também pode ocorrer de forma fisiológica, quando há prática intensa de exercício físico, por exemplo, mas nesse caso o corpo não tem essa incapacidade de saída do CO2. Logo, para que tenhamos uma oxigenação adequada do sangue precisamos que o ar entre, se difunda e que haja perfusão no pulmão. Então existe algo que chamamos de Relação Ventilação-Perfusão , precisamos ventilar (ar entrar), e precisamos perfundir (chegar sangue no pulmão). Há doenças que interferem em ambos componentes dessa relação.
