fisiologia 16

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As partículas removidas do ar por esses processos caem sobre a camada de muco que recobre o sistema de condução, e com o muco são removidas em direção à glote pelos batimentos ciliares das células que formam o epitélio dessa região. Um dos problemas mais importantes em todas as vias respiratórias consiste em mantê‑las abertas para permitir a fácil passagem de ar para dentro e fora dos alvéolos. Para impedir o colapso da traqueia, múltiplos anéis cartilaginosos estendem‑se de forma incompleta pela circunferência da traqueia. Nas paredes dos brônquios, existem placas cartilaginosas menos extensas que também conferem rigidez a essas estruturas, permitindo ao mesmo tempo o movimento suficiente para a expansão e contração dos pulmões. Essas lâminas de cartilagem ficam menos extensas nas últimas gerações de brônquios e desaparecem por completo nos bronquíolos. Por outro lado, o colapso dos bronquíolos não é impedido pela rigidez da parede. Pelo contrário, são expandidos pelas mesmas pressões transpulmonares que expandem os alvéolos, ou seja, à medida que os alvéolos aumentam os bronquíolos também o fazem (AIRES, 2008; KOEPPEN; STANTON, 2009; CURI; PROCOPIO, 2009; GUYTON; HALL, 2011).
Pomo de Adão
Traqueia Brônquio
direito
Brônquio Esquerdo
Bronquíolo
Veia
Alvéolo
Artéria
Pulmão direito
Pulmão esquerdo
Bronquíolo
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Figura 19 – Traqueia, pulmões, brônquio, bronquíolo e alvéolo
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FISIOLOGIA GERAL
Observação
Por um movimento reflexo coordenado, a epiglote “encapa” as pregas vocais durante a deglutição, impedindo assim a aspiração de comida e líquidos para o trato respiratório inferior.
A porção de transição está compreendida entre as porções de condução e a respiratória. Inicia‑se no bronquíolo respiratório, que se caracteriza pelo aparecimento de sacos alveolares esparsos em sua parede e pelo desaparecimento das células ciliadas do epitélio bronquiolar. Também se observam os canais de Lambert, pequenos orifícios que permitem a comunicação entre os bronquíolos e os alvéolos adjacentes (AIRES, 2008; CURI; PROCOPIO, 2009).
A partir do último ramo do bronquíolo respiratório surgem os ductos alveolares, que, por sua vez, terminam em um conjunto de alvéolos, os sacos alveolares. A porção respiratória, então, está formada pelos ductos e sacos alveolares e os alvéolos (figura anterior). A unidade alvéolo-capilar é o principal sítio de trocas gasosas (hematose) em nível pulmonar, sendo composta pelo alvéolo, pelo septo alveolar e pela rede capilar. Os alvéolos são pequenas dilatações revestidas por uma camada de células. Nos seres humanos, a superfície pulmonar encarregada pela hematose é de 70 a 100 m2 (sendo essa a maior área de contato do organismo com o meio ambiente). Essa superfície fica contida no interior do tórax, em um volume de aproximadamente 4 L, distribuída por centenas de milhões de alvéolos pulmonares. Para que a hematose se efetue adequadamente, a circulação pulmonar precisa ser muito rica em vasos sanguíneos (cerca de 280 bilhões de capilares). O espaço entre a membrana epitelial alveolar e o endotélio capilar é chamado interstício. O septo alveolar é constituído por vasos sanguíneos e fibras elásticas, colágenas e terminações nervosas. A superfície alveolar é constituída por três tipos de células:
· o pneumócito tipo I, ou célula alveolar escamosa, que é a mais frequente e recobre a superfície alveolar;
· o pneumócito tipo II, ou célula alveolar granular, que armazena e secreta a substância surfactante, que reduz a tensão superficial entre as moléculas de água que recobrem o alvéolo internamente, agindo como um agente anticolabante; e, finalmente,
· os macrófagos alveolares, que constituem uma pequena porção das células alveolares. Os macrófagos passam livremente da circulação para o espaço intersticial e, a seguir, passam pelos espaços entre as células epiteliais e se localizam na superfície alveolar (AIRES, 2008; KOEPPEN; STANTON, 2009; CURI; PROCOPIO, 2009).
Lembrete
Os macrófagos são células do sistema imune que têm função de fagocitar corpos estranhos, partículas poluentes e bactérias, constituindo uma barreira com o meio externo.
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Unidade I
Saiba mais
A fim de propiciar inter‑relações entre os conteúdos da unidade, leia o artigo a seguir:
FREDDI, N. A.; PROENÇA FILHO, J. O.; FIORI, H. H. Terapia com surfactante pulmonar exógeno em pediatria. Jornal de Pediatria, v. 79, suplemento 2,
p. S205‑S212, 2003. Disponível em: . Acesso: 2 jul. 2015.
1.1 Mecânica ventilatória, volumes e capacidades pulmonares
A ventilação pulmonar envolve a movimentação do sistema respiratório, que requer a realização de um trabalho mecânico para vencer forças de oposição: forças elásticas dos tecidos pulmonares e da parede torácica; forças resistivas resultantes do fluxo de gás pelas vias respiratórias; e a movimentação dos tecidos do pulmão e da parede torácica. Denomina‑se parede torácica o conjunto de estruturas que se movem durante o ciclo respiratório, à exceção dos pulmões (CURI; PROCOPIO, 2009).
Os pulmões são separados da parede torácica pelo espaço pleural. Cada pulmão tem acoplado a si a pleura visceral e a pleura parietal, que recobre o mediastino (região onde se localiza o coração), o diafragma e a face interna da caixa torácica. Durante o ciclo respiratório as duas pleuras não se afastam porque a cavidade pleural é fechada e existe em seu interior uma película liquida que as une, permitindo que se deslizem uma sobre a outra, similarmente ao que ocorre quando uma gota de água é colocada entre duas lâminas de vidro (AIRES, 2008; CURI; PROCOPIO, 2009).
A renovação constante do gás alveolar é assegurada pelos movimentos do tórax. Durante a inspiração a cavidade torácica aumenta de volume e os pulmões expandem‑se para preencher o espaço deixado. Com o aumento da capacidade pulmonar e a queda da pressão no interior do sistema, o ar do ambiente é sugado para dentro dos pulmões. A inspiração é seguida imediatamente pela expiração, que provoca diminuição do volume pulmonar e expulsão do gás. A expiração normalmente tem uma duração correspondente a 1,3 a 1,4 vezes a da inspiração. À expiração, segue‑se, normalmente sem pausa, a inspiração. Ela se faz pela contração da musculatura inspiratória, e a expiração em condições de repouso é passiva, isto é, não há contração da musculatura expiratória. No entanto, ao longo da expiração ocorre uma desativação paulatina da musculatura inspiratória, que contribui para que a expulsão do ar dos pulmões seja suave. A contração dos músculos respiratórios depende de impulsos nervosos originados dos centros respiratórios (localizados no tronco cerebral), às vezes diretamente de áreas corticais superiores, também da medula (em resposta a estímulos reflexos originados nos músculos). O automatismo do centro respiratório mantém o ritmo normal da respiração, que pode ser modificado por estímulos de centros locais do sistema nervoso, bem como por alterações químicas no sangue e/ou no líquido cefalorraquidiano. Portanto, os movimentos
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FISIOLOGIA GERAL
respiratórios estão, até certo ponto, sob o controle volitivo, embora normalmente se processem de forma automática, sem a participação consciente do indivíduo. Durante certo tempo, a respiração pode ser intencionalmente acelerada, letificada ou mesmo interrompida. Essas modificações, entretanto, não se manterão por muito tempo, pois que induzirão um distúrbio na homeostase, e o centro respiratório comandará respostas compensatórias, que suplantarão os estímulos corticais (AIRES, 2008).
Ar
Ar
Diafragma
Inspiração	Expiração
Figura 20 – Mecanismos de inspiração e expiração
Os principais músculos da respiração incluem o diafragma, os intercostais externos e o escaleno, todos eles músculos esqueléticos. Os músculos esqueléticos produzem a força motriz para a ventilação; a força da contração aumenta quando eles são estirados e diminui quando eles se encurtam. A força da contração dos músculos respiratórios aumenta quandoo pulmão está em seus maiores volumes (KOEPPEN; STANTON, 2009).
Lembrete
A musculatura estriada esquelética está presa aos ossos e apresenta contração voluntária. O diafragma, principal músculo da inspiração, é inervado pelo nervo frênico e controlado pelo centro respiratório no SNC.
O processo da respiração começa com o ato da inspiração, que é desencadeada pela contração do diafragma. Ao se contrair, o diafragma desloca‑se para a cavidade abdominal, removendo o abdome para fora e criando pressão negativa no interior do tórax. A abertura da glote, nas vias aéreas superiores, conecta o mundo exterior ao sistema respiratório. Como os gases fluem da maior para a menor pressão,
Unidade I
o ar move‑se para os pulmões, vindo do meio externo, de forma muito semelhante ao modo como o aspirador de pó suga ar para seu interior. O volume do pulmão aumenta na inspiração, e o oxigênio (O2) é levado para o pulmão, enquanto, durante a expiração, o diafragma relaxa, a pressão no tórax aumenta e o dióxido de carbono (CO2), além de outros gases, fluem, passivamente, para fora dos pulmões (KOEPPEN; STANTON, 2009).
CO2
Ar oxigênio
Sino frontal Cavidade nasal
gás carbônico	Cavidade oral Ar
oxigênio
O2
CO2
Epiglote Esôfago
Traqueia
Pulmões Pleura
Pulmão Brônquios
Coração
Encaixe cardíaco
Estrutura das vias aéreas intrapulmonares
Bronquíolos respiratórios
Músculos lisos Veia pulmonar Artéria pulmonar Alvéolos
Alvéolo (seção transversal)
Diafragma
Duto alveolar Entrada de oxigênio
Saída de dióxido de carbono Vaso capilar
Células alveolares (tipos 1 e 2)
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Duto alveolar
Saco alveolar Poro alveolar
Uma camada de vasos capilares recobre toda a superfície dos alvéolos
Figura 21 – Durante a inspiração ocorre a entrada de ar (O2) no sistema respiratório, durante a expiração ocorre a saída de ar (CO2)
O diafragma é o principal músculo da respiração e separa a cavidade torácica da cavidade abdominal. A contração do diafragma força o conteúdo abdominal para baixo e para frente. Isso aumenta a dimensão vertical da cavidade torácica e cria diferença de pressão entre o tórax e o abdome. Durante a respiração, em repouso, o diafragma move‑se aproximadamente por 1 cm; no entanto, durante manobras
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FISIOLOGIA GERAL
de respiração profunda (capacidade vital) o diafragma pode mover‑se por até 10 cm. O diafragma é inervado pelos nervos frênicos direito e esquerdo, originados no terceiro a quinto segmentos cervicais da medula espinhal (KOEPPEN; STANTON, 2009).
Os outros músculos importantes da inspiração são os músculos intercostais externos, que puxam as costelas para cima e para frente durante a inspiração. Isso causa aumento nos diâmetros lateral e ântero‑posterior do tórax. A inervação dos músculos intercostais externos é pelos nervos intercostais com origem no mesmo nível da medula espinal. A paralisia desses músculos não causa efeito significativo na respiração porque esta é, em sua maior parte, dependente do diafragma. É por isso que indivíduos com lesões altas da medula espinal podem respirar espontaneamente. Quando a lesão está acima de C3 (terceira vértebra cervical), os indivíduos ficam completamente dependentes de um respirador (KOEPPEN; STANTON, 2009).
Os músculos acessórios da inspiração (os músculos escalenos, que elevam o esternocleidomastoideo; o alar nasal, que causa o alargamento das narinas; e os pequenos músculos da cabeça e do pescoço) não se contraem durante a respiração normal, no entanto, eles se contraem vigorosamente no decorrer do exercício e, quando a obstrução das vias aéreas é significativa, eles, ativamente, puxam a caixa torácica para cima. Durante a respiração normal, eles fixam o esterno e as costelas superiores.
A expiração durante a respiração normal é passiva, mas ela passa a ser ativa ao longo do exercício e da hiperventilação. Os músculos mais importantes na expiração são os da parede abdominal (reto abdominal, oblíquo interno e externo e transverso do abdome) e os músculos intercostais internos, que se opõem aos intercostais externos (isto é, eles puxam as costelas para baixo e para dentro). Os músculos inspiratórios fazem o trabalho da respiração. Durante a respiração normal, o trabalho é pouco e os músculos inspiratórios têm reservas energéticas significativas. Os músculos respiratórios podem ser treinados a realizar mais trabalho, mas existe um limite finito para o trabalho que podem executar. A fraqueza dos músculos respiratórios pode comprometer o movimento da caixa torácica, e a fadiga dos músculos respiratórios é o principal fator no desenvolvimento da falência respiratória.
A avaliação da função pulmonar e o estudo da mecânica estática do pulmão (as propriedades mecânicas de um pulmão cujo volume não está variando com o tempo) começam com a medida dos volumes pulmonares e dos fatores que determinam esses volumes. Os volumes pulmonares são convencionalmente divididos em quatro volumes primários e quatro capacidades. Os volumes primários não se sobrepõem, ao passo que as capacidades são formadas por dois ou mais volumes primários. O volume corrente (Vc) é o volume de ar movido em cada respiração calma. No ser humano, esse volume oscila entre 350 e 500 ml. O volume corrente aumenta com o metabolismo como durante o exercício, nas sobrecargas ou nos processos febris. O volume de reserva inspiratório (VRI) é o máximo volume de gás que pode ser inspirado após uma inspiração máxima forçada, partindo de uma inspiração basal; em outras palavras, é a reserva disponível para o aumento do volume corrente – se o volume corrente exagera, a reserva disponível ou VRI diminui. Em condições de repouso, o VRI corresponde a cerca de
3.100 ml no adulto jovem. O volume de reserva expiratório (VRE) é o volume máximo de gás, que pode ser expirado, após uma expiração basal. Mede a reserva de expiração e também diminui, quando o volume corrente aumenta. Em condições de repouso, corresponde a 1.200 ml no adulto jovem. O volume
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Unidade I
residual (VR) é o volume de ar que permanece nos pulmões após uma expiração máxima forçada, ou seja, existe um volume de gás, contido nos pulmões, que não é expelido quando o pulmão e o tórax estão intactos. Esse volume corresponde a 1.200 ml no adulto jovem. A capacidade inspiratória (CI) corresponde ao volume máximo de gás, que pode ser inspirado, após uma expiração basal. Corresponde, portanto, à soma dos volumes corrente e de reserva inspiratório, sendo seu valor aproximadamente de 3.600 ml. A capacidade residual funcional (CRF) iguala‑se ao volume de gás que permanece nos pulmões, após uma expiração basal. Seu valor é de cerca de 2.400 ml. A capacidade vital (CV) é o maior volume de gás que pode ser mobilizado até atingir uma expiração máxima, de maneira forçada, após uma inspiração máxima. A CV corresponde à soma de VRI, VC e VRE e, portanto, tem seu valor ao redor de 4.800 ml. A capacidade pulmonar total (CPT) é a quantidade de gás contido nos pulmões, ao final de uma inspiração máxima; portanto, é o maior volume de gás que os pulmões podem conter. É igual à soma de VRI, VC, VRE e VR ou à de CV e VR, ficando seu valor ao redor de 6.000 ml (AIRES, 2008; KOEPPEN; STANTON, 2009; DOUGLAS, 2006).
Todos esses volumes e capacidades descritos não são imutáveis, variando conforme a situação fisiológica ou patológica. Como exemplo, pode‑se citar a capacidade vital que é maior em homens do que em mulheres, aumenta com a altura e diminui com a idade. Também em um mesmo indivíduo, os valores desses compartimentos podem diferir conforme a situação postural; assim, um indivíduo em posição ereta apresenta um aumento da CRF, graças ao aumento do VRE, em relação a quando ele fica deitado, devido ao deslocamento de sangue do tórax e à movimentação das vísceras abdominais; o VRI consequentemente diminui.
O volume corrente corresponde a um volume de gás que não vai, em sua totalidade, penetrar nos alvéolos. Essa parte em que não penetra fica localizada nas vias aéreas (fossas nasais, boca, faringe, laringe, traqueia, brônquiose bronquíolos terminais), áreas em que não ocorrem trocas gasosas; por esse motivo, e compartimento é denominado espaço morto anatômico.
O volume do espaço morto (VEM) corresponde a cerca de um terço do volume corrente basal. Pode ser calculado em indivíduos de estatura normal como aproximadamente 2,2 vezes o peso corporal em quilos. Entretanto, a aplicação desse cálculo para indivíduos obesos ou crianças foge ao valor real. O VEM pode variar; assim, pode diminuir após uma traqueostomia ou pneumonectomia ou pode aumentar, por exemplo, em patologias nas quais os alvéolos são hiperventilados. Considerando‑se a ventilação necessária para a boa troca gasosa, o espaço morto fisiológico mede todo o volume de ar que não experimenta hematose. A ventilação do espaço morto fisiológico refere‑se à quantidade total de ventilação desperdiçada, incluindo a do espaço morto anatômico, assim como aquela não utilizada nos alvéolos com ventilação excessiva.
A fração do volume corrente que penetra nos alvéolos e que, correspondentemente, sofrerá troca gasosa, é denominada volume alveolar (VA) e é o volume que tem fundamental importância no processo de ventilação pulmonar. Portanto, o volume corrente é igual à soma de VA e VEM. Este espaço corresponde àquele que determina a troca gasosa com o sangue circulante pulmonar. A respiração basal normal denomina‑se eupneia. Neste caso, a ventilação pulmonar, ou volume corrente-minuto (VCM), também é basal. VCM é definido como o volume de ar inspirado, ou expirado, em um minuto, sendo, portanto, igual ao volume corrente x frequência respiratória (FR) (DOUGLAS, 2006).
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FISIOLOGIA GERAL
A ventilação pulmonar é o processo por meio do qual o ar contido no interior dos pulmões é constante e periodicamente renovado. Por outro lado, denomina‑se perfusão o volume de sangue que irriga o alvéolo pulmonar. A relação entre esses dois parâmetros (ventilação e perfusão) é considerada fundamental na fisiologia respiratória, já que integra as funções ventilatória e circulatória, que devem estar harmoniosamente equilibradas. Essa relação mantém o fornecimento adequado de O2 para os tecidos. Em indivíduos normais, esse desacoplamento é a causa mais comum de hipoxemia (baixa concentração de oxigênio no sangue arterial) e está presente em quase todas as patologias pulmonares (DOUGLAS, 2006).
4.3 Difusão dos gases, transporte dos gases pelo sangue e pressões de trocas gasosas
A troca de gases no organismo, movimentando‑se desde a atmosfera até os alvéolos, ou na direção contrária, é um processo passivo, pelo qual acontece a transferência de gás por meio da barreira sangue‑gás.
As moléculas de qualquer gás permanecem em movimento constante e aleatório, tanto mais intenso quanto maior for a temperatura, acarretando colisões entre as diversas moléculas, sendo que, quanto maior for o número de moléculas e, portanto, maior a concentração de gás, maior será o número de colisões. Esse processo de movimentação do gás é chamado de difusão e desloca as moléculas do gás do meio mais para o menos concentrado. Cabe ressaltar que a concentração de um gás deve ser levada em conta no processo de difusão somente quando ele estiver livre (sem ter agido ou combinado com outras moléculas) e, assim, por meio de suas colisões, exerça pressão. Por esse motivo, pode‑se estabelecer que se difunde um gás quando há diferença de pressão.
A lei de Dalton estabelece que, em uma mistura de gases, em qualquer volume, a pressão total equivale à soma das pressões desenvolvidas por cada gás componente da mistura. Nesse caso, a pressão de cada gás é denominada sua pressão parcial. Tal conceito é importante, pois a ação químico‑fisiológica de um gás depende de sua pressão parcial, a qual, por sua vez, depende do número de moléculas livres, em condições determinadas de pressão e temperatura, independentemente de outros gases que estejam simultaneamente ocupando o mesmo compartimento (DOUGLAS, 2006).
A pressão atmosférica, ao nível do mar, é de 760 mmHg. Um recipiente que contenha somente nitrogênio, ao nível do mar, apresentará, segundo a lei de Dalton, uma pressão de 760 mmHg, o mesmo ocorrendo com a pressão exercida por qualquer mistura gasosa. Assim, se uma mistura gasosa, por exemplo, o ar seco, estiver ao nível do mar, sua pressão total será igual à soma das pressões parciais de cada gás:
Ptotal = PO2 + PCO2 + PN2 + ... = 760 mmHg
Por outro lado, a pressão parcial de cada gás, em uma mescla gasosa, é igual à pressão total multiplicada pela porcentagem desse gás, na mistura global. Assim, por exemplo, se a porcentagem de O2 no ar seco, ao nível do mar, é de 20,93%, sua pressão parcial será:
PO2 = 760 x 20,93 = 159 mmHg
100
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Unidade I
O mesmo raciocínio aplica‑se para o CO2 (0,04%), para o N2 (79,03%), ou o equivalente para os componentes de qualquer outra mistura gasosa (DOUGLAS, 2006).
A lei de Henry afirma que o volume de um gás solúvel que se dissolve em um líquido a certa temperatura é diretamente proporcional à pressão parcial desse gás, ou seja, a pressão parcial de um gás (Px) é igual à fração dele na mistura gasosa (Fx) multiplicada pela pressão total ou barométrica (PB):
Px = Fx x PB
Como a principal finalidade do processo ventilatório é a manutenção de uma adequada composição do gás alveolar, o sangue venoso que passa pelos alvéolos está constantemente retirando O2 e eliminando CO2 para essas estruturas; consequentemente, o ar inspirado encontrará, para misturar‑se, um gás alveolar com grande PCO2 e baixa PO2, resultante do metabolismo celular (DOUGLAS, 2006).
O ar alveolar não tem as mesmas concentrações de gases que o ar atmosférico. Há várias razões para as diferenças observadas. Em primeiro lugar, o ar alveolar é substituído apenas parcialmente por ar atmosférico a cada respiração; o oxigênio é constantemente absorvido do ar alveolar; o dióxido de carbono sofre constante difusão do sangue pulmonar para os alvéolos. E, finalmente, o ar atmosférico seco que penetra nas vias respiratórias é umidificado mesmo antes de alcançar os alvéolos (GUYTON; HALL, 2011).
O ar atmosférico é constituído quase totalmente por nitrogênio e oxigênio; em condições normais, quase não contém dióxido de carbono e só pouco vapor d’água. Todavia, tão logo o ar atmosférico penetra nas vias respiratórias, ele é exposto aos líquidos que recobrem as superfícies respiratórias. Mesmo antes de penetrar nos alvéolos, o ar fica totalmente umidificado. A pressão parcial de vapor d’água na temperatura corporal normal de 37°C é de 47 mm Hg, que, portanto, é a pressão parcial da água no ar alveolar. Como a pressão total nos alvéolos não pode aumentar mais do que a pressão atmosférica, esse vapor d’água simplesmente dilui todos os outros gases no ar inspirado. A umidificação do ar dilui a pressão parcial de oxigênio, ao nível do mar, de uma média de 159 mm Hg no ar atmosférico para 149 mm Hg no ar umidificado, enquanto diminui a pressão parcial de nitrogênio de 597 para 563 mm Hg.
Como foi discutido anteriormente, o volume residual dos pulmões, que se refere à quantidade de ar restante nos pulmões ao término da expiração normal, corresponde a cerca de 2.300 ml. Contudo, apenas 350 ml de ar novo é levado aos alvéolos a cada respiração normal, sendo expirada a mesma quantidade de ar alveolar. Por conseguinte, a quantidade de ar alveolar substituído por ar atmosférico novo a cada incursão respiratória representa apenas um sétimo do total, sendo, pois, necessárias muitas incursões respiratórias para substituir a maior parte do ar alveolar.
Com a ventilação alveolar normal, cerca da metade do gás é removida em 17 segundos. Quando a frequência da ventilação alveolar da pessoa é apenas metade do normal, metade do gás é removida em 34 segundos, e, quando a frequência de ventilação é o dobro do normal, a metade é removida em cerca de 8 segundos. Essa lenta substituição do ar alveolar tem importância particular na prevenção de alterações súbitas das concentrações gasosas do sangue. Isso torna o mecanismo de controle respiratório muito mais estáveldo que normalmente seria e também ajuda a evitar aumentos e reduções excessivas
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FISIOLOGIA GERAL
da oxigenação tecidual, da concentração de dióxido de carbono e do pH nos tecidos quando a respiração é temporariamente interrompida.
4.4 Transporte de oxigênio no sangue
O transporte de oxigênio no sangue depende que o mecanismo de troca seja rapidamente reversível, de modo que o oxigênio seja captado nos pulmões e difundido para os outros tecidos do corpo. A hemoglobina (Hb) tem uma estrutura singular que permite isso.
Cada litro de sangue arterial contém aproximadamente 200 ml de oxigênio. Cerca de 3 ml desse oxigênio (1,5%) estão dissolvidos no plasma ou no citosol dos eritrócitos; somente esse oxigênio dissolvido contribui para a PO2 do sangue. Os 197 ml de O2 restantes (98,5%) são transportados ligados à hemoglobina. Embora o oxigênio ligado não contribua para a PO2, ele está em equilíbrio com o oxigênio dissolvido e, assim, a quantidade de oxigênio ligada à hemoglobina é uma função da PO2.
A molécula de hemoglobina consiste em quatro subunidades – cada uma contendo uma globina (cadeia polipeptídica globular) – e um grupo heme – contendo ferro. Cada grupo heme tem a capacidade de ligar uma molécula de oxigênio; então, cada molécula de hemoglobina pode transportar um total de quatro moléculas de oxigênio. O complexo de hemoglobina e oxigênio ligado é denominado oxihemoglobina; a molécula de hemoglobina sem oxigênio é denominada desoxihemoglobina.
Nos pulmões, quando as moléculas de oxigênio movimentam‑se do ar alveolar para o sangue capilar, elas se ligam à hemoglobina; quando o sangue chega aos tecidos‑alvo, as moléculas de oxigênio dissociam‑se da hemoglobina e se difundem para as células. Para a hemoglobina atuar no transporte de oxigênio, é crítico que a ligação ao oxigênio ocorra de forma reversível – ou seja, fortemente o suficiente para captar grandes quantidades de oxigênio nos pulmões, mas não tão forte que não seja possível a liberação do oxigênio nos tecidos consumidores.
A ligação ou liberação de oxigênio depende da PO2 do líquido no qual está a hemoglobina. Uma alta PO2 facilita a ligação de oxigênio à hemoglobina, já uma baixa PO2 facilita a liberação de oxigênio da hemoglobina. A reação do oxigênio com a hemoglobina pode ser escrita como:
Hb + O2  Hb ∙ O2
na qual Hb é a desoxihemoglobina, O2 é o oxigênio dissolvido no sangue e Hb O2, a oxihemoglobina. A lei de ação das massas estabelece que um aumento da concentração dos reagentes desloca a reação para a direita, resultando na geração de mais produto. Desse modo, quando os níveis de oxigênio nos capilares pulmonares aumentam, mais oxihemoglobina é formada. Reciprocamente, quando os níveis de oxigênio nos capilares sistêmicos diminuem, a reação é deslocada para a esquerda, para liberar oxigênio da hemoglobina.
Quanto mais oxigênio estiver disponível no sangue, mais oxihemoglobina será formada. Quando todos os sítios de ligação de oxigênio de uma molécula de hemoglobina estão ocupados, diz‑se que a molécula de hemoglobina está 100% saturada (STANFIELD, 2014).
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Unidade I
A relação entre PO2 e a saturação da hemoglobina pode ser resumida na curva de dissociação hemoglobina-oxigênio. Embora a saturação percentual da hemoglobina aumente quando a PO2 aumenta, a curva que descreve a ligação do oxigênio à hemoglobina não é linear, porém tem forma de S (sigmoide), porque a capacidade da hemoglobina de ligar oxigênio depende de quantas moléculas de oxigênio já estão ligadas. Especificamente, a ligação de uma molécula de oxigênio à hemoglobina aumenta a afinidade da molécula pelo oxigênio e, assim, aumenta a probabilidade de outro oxigênio ligar‑se à hemoglobina. A ligação do oxigênio a uma das subunidades de uma molécula de hemoglobina induz uma alteração na conformação da molécula, que aumenta a afinidade das demais subunidades pelo oxigênio (processo chamado cooperatividade positiva), uma vez que essa alteração da PO2 produz um aumento maior da saturação percentual.
Em pressões parciais muito baixas (menos de 15 mmHg, um nível não habitualmente encontrado no sangue), a maior parte das moléculas de hemoglobina não tem oxigênio ligado à elas. Nessas condições, a afinidade da hemoglobina por oxigênio é relativamente baixa e um dado aumento da PO2 produz um pequeno aumento da porcentagem de saturação. Quando a PO2 aumenta, mais moléculas de hemoglobina ligar‑se‑ão a pelo menos uma molécula de oxigênio, causando aumento da afinidade da hemoglobina por outras moléculas de oxigênio. Essa relação é observada na parte mais inclinada da curva de dissociação hemoglobina‑oxigênio a valores entre 15 e 60 mmHg. Com valores superiores a 60 mmHg, a inclinação da curva diminui, já que menos sítios de ligação estão disponíveis à medida que a saturação aumenta. Acima de uma PO2 de aproximadamente 80 mmHg, a curva torna‑se praticamente horizontal.
Pode‑se relacionar a curva de dissociação hemoglobina‑oxigênio a eventos nos pulmões e outros tecidos. A PO2 nas artérias sistêmicas é de aproximadamente 100 mmHg e, a essa PO2, a hemoglobina está 98% saturada (atingir 100% de saturação exigiria uma PO2 de cerca de 250 mmHg). Nas veias sistêmicas, a PO2 é de aproximadamente 40 mmHg e a hemoglobina está aproximadamente 75% saturada. Assim, em condição de repouso, os tecidos captam apenas 25% do oxigênio transportado no sangue, deixando uma grande reserva de oxigênio disponível para o caso de aumento das demandas.
Existem pelo menos quatro outros fatores (temperatura, pH, PCO2 e 2,3‑bifosfatoglicerato) que afetam a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. Alterações da afinidade da hemoglobina por oxigênio refletem‑se em deslocamentos da curva de dissociação hemoglobina‑oxigênio para a direita ou para a esquerda. Diminuições da afinidade fazem a curva deslocar‑se para a direita, indicando que uma PO2 maior é necessária para qualquer dado nível de saturação; um deslocamento para a direita também indica que o oxigênio é liberado mais facilmente pela hemoglobina, tornando‑se mais disponível para os tecidos. Aumentos da afinidade causam deslocamentos para a esquerda, indicando que uma menor PO2 é necessária para a obtenção de qualquer nível de saturação; um deslocamento para a esquerda também indica que o oxigênio é capturado mais facilmente pela hemoglobina. Em condições normais, uma PO2 de 45 mmHg produz 80% de saturação da hemoglobina. Com um deslocamento para a direita, uma PO2 menor que 45 mmHg pode produzir o mesmo nível de saturação.
Considerando os quatro fatores mencionados anteriormente que afetam a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio, os três primeiros – temperatura, pH e PCO2 – cooperam para promover a liberação de oxigênio da hemoglobina nos tecidos consumidores e a captura de oxigênio pela hemoglobina nos pulmões.
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