1-15. Fisiologia de Sistemas II 7º Módulo

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1 Módulo 7 Sistema Respiratório Nota Prévia Esta não foi certamente a aula mais interessante que tivemos, pois é! E tão pouco a mais fácil e mais emocionante de desgravar. Mas a culpa não é nossa passo a explicar: há palavras e expressões para não dizer mesmo frases inteiras que não são nada perceptíveis na gravação depois surgem frases sem qualquer nexo e conclusões por fazer. E assim vamos, com uma personagem deste calibre a leccionar-nos fisiologia o melhor mesmo será ocuparmos o nosso precioso tempo de uma forma mais útil. Tenho dito. Circulação pulmonar vs. Circulação sistémica Ora bem, vamos estabelecer uma comparação da circulação pulmonar com a circulação sistémica. Em primeiro lugar, as pressões são muito mais baixas aqui na artéria pulmonar relativamente às grandes artérias sistémicas. Na artéria pulmonar a média é de 15mmHg enquanto que nas grandes artérias sistémicas a média é sensivelmente 100mmHg. Depois é importante reparar que aqui a máxima é de 25 a mínima é de 8mmHg o que quer dizer que há uma grande oscilação comparada com a média, oscilação essa que não é tão significativa no que respeita à circulação sistémica. Quase toda a queda de pressão se dá aqui nos capilares enquanto que na circulação sistémica era aqui nas arteríolas. Vimos para a aurícula esquerda que pelas veias pulmonares a pressão média na aurícula direita anda por 2mmHg e a pressão média na aurícula esquerda pelos 5mmHg de maneira que para um débito de 6 litros por minuto a resistência total na circulação pulmonar seria 15 5 a dividir por 6, isto é, a diferença de pressão a dividir pelo débito, e aqui teríamos que a dividir por 6. Agora convém lembrar que a rede capilar é tão densa que forma quase como uma camada de sangue sobre os pulmões mais concretamente sobre os alvéolos. Os grandes vasos estão rodeados por parênquima pulmonar, os pequenos vasos encontram-se nos alvéolos, costuma aliás designar-se, pelo comportamento diferente, vasos alveolares e vasos extra-alveolares e a 1-15

2 resistência não é regulada pela contracção do músculo liso das arteríolas como acontecia na circulação sistémica. Aqui, o parênquima do pulmão tende a fazer dilatar os vasos e as forças elásticas dos vasos e as forças de contracção muscular opõem-se a essa dilatação portanto verifica-se um equilíbrio de forças. Porém, em geral quando o pulmão expande os vasos dilatam; se aqui a pressão alveolar for maior do que a pressão dentro do capilar, o capilar tende a colapsar, portanto a pressão alveolar vai fazer diminuir o diâmetro do capilar, colapsando mesmo. Muitos capilares encontram-se frequentemente colapsados. Agora suponham que aumentamos a pressão venosa ou a pressão arterial, o que irá acontecer é que inicialmente, há mais capilares que são recrutados, isto é abrem-se mais capilares tanto num caso como no outro. Enquanto a variação de pressão é baixa, há recrutamento de capilares, depois há a distensão dos capilares mesmo quando a pressão é muito alta. Portanto os capilares aumentam de diâmetro, estes estavam colapsados, passámos a recrutar tudo e aqui temos a distensão, os diâmetros dos capilares aumentaram muito. Depois o diâmetro dos vasos também varia com o volume do pulmão. Os grandes vasos perto do coração não estão no parênquima pulmonar e não são referenciados por isso. Então o que é que acontece: para os vasos maiores, quando o pulmão dilata o diâmetro do vaso aumenta mas os capilares passam a estar distendidos e o seu diâmetro diminui, portanto estando distendidos em comprimento, o seu diâmetro diminui. Ou seja, a resistência começa por diminuir com o volume do pulmão mas depois devido a este fenómeno dos capilares aumenta muito quando o pulmão aumenta de volume. O pulmão tem tendência a colapsar e se este estiver colapsado é preciso atingir um certo valor da pressão na artéria pulmonar para que a circulação se passe a dar através do pulmão; a esse valor chama-se pressão critica de abertura. Prosseguindo na abordagem do assunto da aula de hoje, falamos agora da variação da pressão na arterial pulmonar com o débito cardíaco. A variação da pressão arterial pulmonar não é muito grande para um débito normal mas para valores de débito cardíaco elevados aumenta muito e para valores muito baixos diminui muito. 2-15

3 Agora eu já vos falei da desigualdade de ventilação? Quando um indivíduo se encontra sentado, a ventilação, isto é se medirmos a radioactividade em cada um destes pontos, na zona mais baixa a ventilação é maior e vai diminuindo à medida que se sobe no pulmão. Se o individuo estiver deitado estas ventilações igualam-se e supondo agora que ele está deitado de barriga para baixo, a parte anterior do pulmão é mais ventilada que a parte posterior. De uma maneira geral a parte que fica para baixo é sempre mais ventilada. Por exemplo, se o indivíduo estiver deitado de lado, o lado para o qual está deitado será mais ventilado. Ora isto é devido ao peso, mais concretamente à acção do peso do pulmão sobre a pleura que faz aumentar ligeiramente a pressão pleural. Temos aqui as causas e diferenças regionais e a curva de elasticidade do pulmão em função da pressão intra-pleural. Se a pressão intra-pleural estiver baixa, o pulmão pode distender isto tudo no entanto a partir daqui não pode porque está muito rígido; se tivermos uma pressão menos negativa, que é o que acontece aqui por causa do peso do pulmão, este pode expandir isto tudo e portanto teremos uma ventilação muito maior. Agora estamos a ver a distribuição do débito sanguíneo: se tivermos um indivíduo em pé, na parte baixa do pulmão o débito sanguíneo é muito maior do que na parte alta e, tal como acontece para a ventilação, deitado é igual em toda a parte sendo sempre maior na parte que fica para baixo, isto devido à pressão hidrostática. Ora, podemos dividir o pulmão em três zonas: a diferença de pressão hidrostática entre estes dois pontos anda por 23mmHg o que é bastante se compararmos com a pressão que existe na artéria pulmonar, por exemplo. Portanto o que acontece é que nesta zona 1 a pressão arterial pode chegar para que os capilares não colapsem por acção da pressão alveolar e passe sangue, porém temos uma pressão arterial maior que a pressão alveolar e esta por sua vez maior que a pressão venosa. Mas se a pressão arterial baixar por hemorragia ou se a pressão alveolar aumentar porque demos oxigénio ao individuo, por exemplo (momento catárrico...) o capilar colapsa e não há irrigação em toda esta zona que se chama espaço morto alveolar, zona 1 ou 3-15

4 espaço morto alveolar. Aqui na zona 2 passa-se o seguinte: vejam aqui no esquema, temos a pressão arterial, a pressão alveolar e constata-se que a pressão venosa é mais baixa que a pressão alveolar. Sendo assim o que vai controlar a circulação é a diferença entre a pressão arterial e a pressão alveolar chamada resistência de S. (ND: não encontrei o nome correcto ). Nesta zona que está aqui figurada temos uma pressão alveolar menor do que a pressão venosa e portanto passa a ser o gradiente de pressão entre a artéria e a veia que vai regular o fluxo nos capilares. Agora quando há hipoxia, isto é falta de oxigénio, dá-se uma vasoconstrição pulmonar que se encontra aqui figurada. A hipoxia é a influência mais importante sobre o tónus vaso motor pulmonar, fazendo contrair os vasos pulmonares. Quando o po 2 alveolar diminui o fluxo de sangue diminui, portanto esta vasoconstrição pulmonar faz diminuir o fluxo de sangue. Agora o efeito do exercício: durante o exercício, o fluxo sanguíneo tem que ser muito maior do que em repouso. Falando de insuficiência cardíaca, isto é, quando o coração não tem força para bombear todo o sangue que a ele chega, vai acumular-se sangue na aurícula esquerda, nos pulmões e consequentemente nos capilares pulmonares e na artéria pulmonar, portanto em toda a circulação pulmonar, o que de facto vai causar uma sobrecarga para o ventrículo direito, que tem que vencer uma pressão pulmonar muito 4-15

5 mais alta. A faixa normal de pressão auricular esquerda é aqui por volta dos 5mmHg e depois a pressão arterial pulmonar começa a subir muito rapidamente e quando a pressão capilar e a pressão arterial pulmonar aumentam muito dá-se um edema pulmonar que é uma coisa muito grave, ora há um balanço de líquidos nos pulmões. Temos aqui a lei de Starling: ora a pressão hidrostática no capilar é +7 e a oncótica é -28 e a pressão no interstício é negativa (-8) e a pressão osmótica é 14 e se fizerem as contas vêem que há uma diferença de +1 nesta direcção, isto é aqui é mais baixo do que aqui de uma unidade e portanto há um pequeno fluxo de líquido para fora dos capilares. Porém, há aqui capilares linfáticos no interstício que recolhem imediatamente esse excesso de fluxo. De qualquer forma, caso tenhamos uma pressão hidrostática muito elevada temos aqui um fluxo maior e forma-se edema intersticial. Se realmente a quantidade de fluxo for muito grande pode passar para dentro dos alvéolos e temos o edema alveolar que é uma coisa muito grave, como calculam a pessoa não pode respirar! Agora temos aqui a pressão auricular esquerda e a velocidade de formação do edema e vêem que o edema só se começa a formar quando a pressão auricular esquerda atinge um certo valor, quer dizer, isto equivale à pressão hidrostática nos capilares ser superior à pressão necortica. E agora vamos ver o líquido na cavidade pleural, concretamente como é que isto é regulado: eu disse-vos que havia apenas uns mililitros de liquido aqui, no entanto bastante para permitir que o pulmão distenda e se retraia e se faça vencer a fricção entre as duas pleuras. Ora há constantemente passagem de líquido da artéria e da veia para a pleura e do interior do pulmão para o parênquima, para a pleura que mantêm esta pressão pleural negativa que tem de facto que existir e ser bastante negativa, menor que -4mmHg, por fim ao pulmão não colapsar. Ora quando há excesso de fluido aqui, fluido intra pleural, os vasos linfáticos imediatamente recolhem o excesso de liquido intra pleural e conduzem-no ao sistema circulatório. Agora vamos ver então como é que o oxigénio pode ser transportado no sangue. 5-15

6 Transporte de oxigénio O oxigénio pode ser transportado dissolvido no sangue ou combinado com a hemoglobina, dissolve-se no sangue segundo a lei de Henry, [O 2 ] = KsPO 2, onde [O 2 ] é a concentração de O 2 em solução física no equilíbrio, PO 2 é a pressão parcial de O 2 na fase gasosa e Ks é o coeficiente de solubilidade. Sabe-se que 1mmHg de PO 2 tem mais ou menos ml de O 2 por 100 ml de sangue dissolvido. A maior parte do oxigénio é transportado não dissolvido no sangue mas combinado com a hemoglobina formando a chamada oxi-hemoglobina HbO 2. Chama-se capacidade de fixação do oxigénio à quantidade máxima de oxigénio que pode ser combinado com a hemoglobina; a concentração de hemoglobina no sangue é cerca de 15g/dl, cada grama de hemoglobina pode combinar-se com cerca de 1,36ml de O 2. Chama-se saturação de oxigénio, ao O 2 combinado com a hemoglobina sobre a capacidade de O 2, isto é, ao máximo que se pode combinar desse sangue. Quando está totalmente saturada de O 2, a hemoglobina no sangue normal contém cerca de 20ml/dl. Agora a curva de dissociação do oxigénio: para grandes valores de PO 2, como vêem o oxigénio dissolvido é muito pouco, nem 10% e aumenta ligeiramente quando o PO 2 aumenta mas o O 2 combinado com a hemoglobina aumenta muito quando o PO 2 aumenta e para grandes valores de PO 2 atinge aqui quase uma situação de 100%, aqui temos o total que é a soma deste com este e aqui temos o combinado. Ora, isto quer dizer que na circulação nos capilares alveolares, nós podemos fazer variar ligeiramente o conteúdo de O 2 apenas e o PO 2 muda 6-15

7 muito. Aqui uma pequena variação de conteúdo dá uma variação de PO 2 muito menor. Esta fase aqui portanto corresponde à circulação alveolar e aqui corresponde ao que se passa nos tecidos. Esta zona em que o PO 2 é inferior a 47% corresponde ao que se passa nos tecidos quando o O 2 é libertado para estes, portanto uma pequena variação de PO 2 provoca uma muito maior variação de conteúdo do oxigénio em enquanto que aqui uma pequena variação de PO 2 não dá quase variação nenhuma. Agora a curva de dissociação do O 2 depende da temperatura do corpo, da pressão parcial de CO 2 e do ph; desloca-se para a direita quando a temperatura do corpo aumenta, quando o PCO 2 aumenta e quando o ph diminui. Isto acontece assim porque diminui a afinidade da hemoglobina para o sangue. Agora o monóxido de carbono praticamente não se dissolve, combina-se com a hemoglobina formando a carboxi-hemoglobina e a curva de dissociação da carboxihemoglobina é assim: esta reacção é muito rápida, ela imediatamente atinge a saturação e depois mantém. Aqui temos a curva de dissociação do oxigénio normal para comparar, aqui oxigénio misturado com 60% de CO a curva deslocou-se e vêem que aqui em baixo a curva se deslocou para a esquerda o que dificulta a passagem de oxigénio para os tecidos e aqui temos um conteúdo de oxigénio muito anormal, temos uma hipoxia e aqui em caso de anemia. 7-15

8 Transporte de dióxido de carbono O transporte de dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões é feito por três processos: dissolvido (10% do gás), em bicarbonato por hidratação e em combinação com proteínas formando compostos carbamínicos. Ora o CO 2 é cerca de 20 vezes mais solúvel que o oxigénio; o bicarbonato forma-se por acção do carbonato, o anidrido carbónico combina-se com a água, forma-se por acção de uma enzima anidrase carbónica presente nos glóbulos vermelhos e depois dá-se a dissociação em H + e HCO 3 que é uma reacção rápida que não necessita de enzima. O HCO 3 passa para fora do glóbulo vermelho e portanto fica uma carga positiva, e nessa altura dá-se o deslocamento dos iões Cl - de fora para dentro do glóbulo vermelho para neutralizar. O efeito Haldane diz que a desoxigenação do sangue aumenta a sua capacidade de transporte de CO2, portanto aumenta a afinidade da hemoglobina para o CO2. Compostos carbamínicos são compostos formados por combinação com grupos amina terminais das proteínas do sangue. A mais importante é a globina da hemoglobina. Agora temos aqui a pressão em CO 2, o co2 dissolvido e a curva de dissociação do co2 com a oxi-hemoglobina, com diferentes percentagens de oxihemoglobina: quando aumenta a quantidade de oxigénio, a curva desloca-se para a direita, o que torna mais difícil a passagem de dióxido de carbono para os alvéolos pulmonares. Têm aqui a comparação entre as curva de dissociação do CO 2 e do O 2 : aqui atinge-se a saturação e a curva é muito mais inclinada. Agora suponham que temos um cilindro de tecido e capilares à volta, ora 8-15

9 o que se passa normalmente é que a pressão parcial PO 2 vai diminuindo assim ao longo do raio, portanto todo o tecido mais próximo do eixo central está bem oxigenado, mas se tivermos uma distância maior pode vir até um PO 2 de zero. E chama-se esta distância o raio critico; se for uma distância superior fica aqui uma zona anóxica; como no capilar o po2 baixa, ao longo do capilar, pode haver aqui uma zona do lado venoso que fica anóxica. - Professora não percebi muito bem, aquilo são cortes transversais do vaso? Não não, aquilo é o tecido e à volta tens os vasos Agora, o oxigénio que temos nas artérias é o débito * concentração do O 2 na artéria (1). O que passa para os tecidos é o débito * a diferença entre a concentração de O 2 arterial e a concentração de O 2 venosa, foi esta quantidade que passou pelo tecido. Fazendo a razão entre o que passou e a totalidade que é igual a isto (1) temos a utilização de oxigénio. 9-15

10 Barreira alvéolo-capilar Vamos ver agora a passagem de oxigénio através da barreira alvéolocapilar. Ora, a composição do ar alveolar não é de maneira alguma igual ao do ar atmosférico, isto porque o ar nas vias respiratórias começa por ser humidificado e aquecido e então fica com o vapor de água de 47mmHg que vai dissolver o oxigénio e o azoto, ficando estes com uma menor pressão parcial. Depois além disso há uma grande quantidade de ar na zona alveolar, que são cerca de 3 litros, e a quantidade de ar que entra para os alvéolos em cada respiração é muito mais pequena, de maneira que ficamos com um PO 2 alveolar da ordem dos 104, perto de 100, e um PCO 2 de 40mmHg. Ora bem, portanto o que se passa temos aqui o ar que vai entrar nas vias respiratórias, aqui a pressão parcial de oxigénio nos alvéolos, no sangue e depois nos tecidos, cujo valor é muito mais baixo, isto é um esquema ideal! Não se passa exactamente assim Vamos estudar a difusão de oxigénio e CO 2 através da barreira alvéolo-capilar, em primeiro lugar a barreira alvéolo-capilar tem uma área enorme que vai de 50 a 100 m 2 e tem uma espessura muito pequena que em muitos sítios é inferior a 0,5 mícrons. Ora aqui está a lei de Fick e vê-se que a área favorece o fluxo de gás, a espessura quanto mais pequena melhor, depois aqui temos o coeficiente de difusão e as pressões 10-15

11 parciais. Ora o coeficiente de difusão é proporcional à solubilidade do gás na barreira alvéolo-capilar sobre a raiz quadrada do seu peso molecular. Daqui resulta que a solubilidade do CO 2 é muito maior e portanto que o fluxo de CO 2 é muito maior do que o de O 2 ; sendo assim, o CO 2 passa muito mais facilmente. Agora existem limitações à quantidade de gás que vai para o sangue, por exemplo, o CO disse-vos que se combinava com a hemoglobina e como é uma reacção muito rápida, o CO combina-se muito facilmente com a hemoglobina e portanto nunca temos uma pressão parcial de CO igual à pressão alveolar e a quantidade de CO que entra é devida simplesmente ao CO, ou seja, é limitada pela difusão do CO. Agora vamos ver o que acontece ao N 2 O, este não se combina com a hemoglobina e muito rapidamente atinge no sangue a pressão alveolar e portanto depois vai ser o fluxo de sangue que vai limitar a quantidade de N 2 O que vai no sangue. No oxigénio começa porque no sangue venoso, o oxigénio tem uma pressão parcial de quarenta e tal, o O 2 passa então muito rapidamente dos alvéolos para o sangue, o sangue atinge uma pressão parcial igual a pressão alveolar num instante e depois vai ser o fluxo de sangue que vai limitar a quantidade de O 2 que é transportado. Ora o tempo que o sangue está no capilar anda pelos 10,65s, ao fim de 1/3 do percurso de uma camada de sangue no capilar, ela já tem a pressão alveolar. Aqui se tivermos uma barreira alveolar anormal por qualquer razão que não está expressa, nunca atingimos a pressão alveolar no sangue e a quantidade de O 2 no sangue passa a ser limitada pela difusão através da barreira alvéolo-capilar. Agora estudando a capacidade de difusão é muito difícil calcular a área do pulmão com todos os alvéolos que possui e a própria espessura que varia não é? Portanto usa-se o coeficiente diferente aqui na lei de Fick chamado 11-15

12 capacidade de difusão (DL). Ora o O 2 por exemplo tem que atravessar a barreira alveolar, tem que atravessar o plasma e entrar para dentro do glóbulo vermelho e tudo isso constitui uma barreira, tudo isto constituem resistências à passagem do O 2. Depois ainda leva um certo tempo a combinarse com a hemoglobina. A velocidade de combinação com a hemoglobina designa-se por θ e VC o volume de sangue no capilar e então temos 1/DL este coeficiente de difusão é igual a 1/D de toda esta parte que o O 2 tem que atravessar mais 1/θ *VC. A transferência de CO 2 O PCO 2 anda por 45mmHg e o PCO 2 alveolar por 40. Acabei de dizer que o CO 2 difunde muito mais rapidamente do que o oxigénio mas há impedimentos à passagem, por exemplo, aqui a curva de dissociação do CO2 é muito mais inclinada que a do O2, aqui o O2 atinge o patamar muito mais rapidamente e isto vai dificultar a passagem do CO 2 para os alvéolos. Ora, quando estamos em exercício, o sangue só está 0,25s no capilar e portanto estamos no limite para o CO2 passar completamente para os alvéolos. Aqui temos uma curva anormal, em que o CO2 nunca passa completamente para os alvéolos. Agora estudando as causas de hipoxémia, uma hipoxémia é uma concentração demasiado 12-15

13 baixa de oxigénio na arterial. Hipoxémia As causas de hipoxémia são a hipo ventilação, a hipocápnia, retenção de CO2, o shunt e a desigualdade de ventilação perfusão, há uma descoordenação entre a ventilação e a perfusão. Ora a hipo ventilação, portanto o pulmão é pouco ventilado, nessa altura a pressão parcial de O 2 no pulmão e no sangue é muito mais baixa, normalmente é de 100 e aqui está apenas em 50mmHg e evidentemente a pressão parcial de oxigénio nos tecidos vai ser muito mais baixa também. Agora Hipoxia e exercício portanto falta de oxigénio no ar, aqui temos as curvas normais, a curva normal do oxigénio, a passagem do oxigénio alveolar para o sangue, e vêem que ao fim de 0,25s cada 1/3 do capilar percorrido, já o PO 2 do sangue é igual ao PO 2 alveolar de maneira que se pode fazer exercício à vontade porque o sangue fica bem oxigenado. Agora se o PO 2 exterior for muito baixo aqui a curva é muito mais inclinada e vamos atingir a saturação em PO 2 no sangue muito mais adiante. Então se houver exercício a pessoa respira pouco, isto quer dizer, passa pouco O 2 para o sangue, isto 13-15

14 acontece por exemplo em altitude, os atletas quando vão fazer exercício em altitude, quando têm uma prova importante em altitude, têm que ir para lá às vezes um mês antes para se adaptarem à Hipoxia porque senão nunca têm o sangue bem oxigenado, isto porque o PO 2 do sangue nunca atinge o PO 2 alveolar. Agora o shunt, este acontece quando existe uma parte da circulação que não passa pelos alvéolos e no shunt passa-se isto: temos aqui a pressão parcial de oxigénio no ar, aqui no gás alveolar à volta de 100 e nos capilares ligeiramente mais baixa e depois do shunt, o sangue arterial sistémico tem uma concentração de O2 mais baixa ainda nos tecidos. Vêem que no caso do shunt, se houver uma pequena diferença no conteúdo de O 2 imediatamente o po 2 baixa muito aqui nesta zona arterial mas na zona venosa, uma baixa de conteúdo de O2 dá uma pequena variação só de PO 2 no vaso, portanto uma pequena variação de conteúdo de oxigénio trazido pelo shunt provoca uma grande variação de PO 2 arterial. Agora a razão ventilação/perfusão ou a coordenação da ventilação com o débito se quiserem. Suponham que estamos a deitar aqui umas gotas de tinta num recipiente com água, aqui deitámos um certo volume por unidade de tempo e a concentração aqui seria igual a V/Q em que Q é o débito aqui, ora é o mesmo que se passa com a ventilação e com o débito sanguíneo. O normal é que a 14-15

15 razão entre ventilação e débito seja igual a 1, se não for, aqui vamos diminuir a razão ventilação/perfusão, portanto vejam: isto aqui é o normal po2 de 100, diminuímos a razão porque vamos tapando aqui esta parte e chega-se a uma altura em que fica só aqui a concentração de sangue venoso, quando se aumenta a ventilação em relação à perfusão bloqueando aqui o sangue vai aumentando o po2 até que chega ao po2 atmosférico. Isto está muito bem explicado num livro chamado Beth & Taylor. Trabalho realizado por: José Seabra nº51356 LEBM 15-15