A perfusão pulmonar refere-se ao fluxo sanguíneo da circulação pulmonar disponível para a troca gasosa, sendo que as suas pressões são relativamente

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3 A perfusão pulmonar refere-se ao fluxo sanguíneo da circulação pulmonar disponível para a troca gasosa, sendo que as suas pressões são relativamente mais baixas quando comparadas com a circulação sistêmica. Os pulmões recebem uxo sanguíneo por meio das circulações brônquica e pulmonar. O uxo sanguíneo brônquico cons tui uma porção muito pequena do débito do ventrículo esquerdo e supre parte da árvore traqueobrônquica com sangue da circulação sistêmica. O uxo sanguíneo pulmonar cons tui o débito completo do ventrículo direito e supre os pulmões com sangue venoso misto proveniente de todos os tecidos do corpo. É esse sangue que par cipa das trocas gasosas com o ar alveolar nos capilares pulmonares. Em razão de os ventrículos direito e esquerdo estarem dispostos em série após o nascimento, o uxo sanguíneo pulmonar é aproximadamente igual a 100% do débito do ventrículo esquerdo (o débito cardíaco). 3

4 A circulação pulmonar: A circulação pulmonar inicia com o tronco pulmonar, o qual recebe sangue venoso do ventrículo direito. O tronco pulmonar divide-se em duas artérias pulmonares, uma para cada pulmão. As artérias pulmonares são finas, com uma espessura de parede de um terço da espessura da aorta. Seus ramos são muito curtos, e todas as artérias pulmonares, mesmo as menores artérias e arteríolas, possuem diâmetros maiores do que suas correspondentes na circulação sistêmica. Isto, combinado ao fato de que os vasos são finos e distensíveis, dá à árvore pulmonar uma grande complacência, chegando até aproximadamente 7 ml/mmhg, que é similar ao valor encontrado em toda a árvore arterial sistêmica. Esta grande complacência permite que as artérias pulmonares acomodem o volume sistólico do ventrículo direito. Assim, o sangue venoso sistêmico chega aos pulmões através das artérias pulmonares, localizadas anteriormente aos brônquios principais. As paredes dos vasos da circulação pulmonar são muito mais nas do que as estruturas correspondentes à circulação sistêmica. Isso é par cularmente verdadeiro para as artérias pulmonares principais e suas rami cações. A artéria pulmonar imediatamente subdivide-se em rami cações terminais que apresentam paredes mais nas e maior diâmetro interno do que as rami cações correspondentes à árvore arterial sistêmica. Existe muito menos músculo liso vascular nas paredes dos vasos da árvore arterial pulmonar, e não existem vasos com paredes musculares bem desenvolvidas que correspondam às arteríolas sistêmicas. A árvore arterial pulmonar subdivide-se após uma curta distância a par r da origem do vaso, rami cando-se em cerca de 280 bilhões de capilares pulmonares, onde ocorrem as trocas gasosas. Assim, cerca de 280 bilhões de capilares pulmonares suprem aproximadamente 300 a 480 milhões de alvéolos, resultando em uma área de super cie potencial para as trocas gasosas estimada em 50 a 100 m 2 (os alvéolos são completamente cercados pelos capilares pulmonares). A circulação brônquica: As artérias brônquicas fornecem sangue arterial à árvore traqueobrônquica e a outras estruturas pulmonares distais aos bronquíolos terminais. Elas também fornecem uxo sanguíneo a outras estruturas torácicas. Estruturas pulmonares distais aos bronquíolos terminais, incluindo os bronquíolos respiratórios, os ductos alveolares, os sacos alveolares e os alvéolos, recebem oxigênio por difusão diretamente do ar alveolar, e os nutrientes provêm do sangue venoso da circulação pulmonar. Portanto, o fluxo para o átrio esquerdo e o débito do ventrículo esquerdo são cerca de 1-2% maiores do que o débito do ventrículo direito. 4

5 A pressão osmó ca é determinada pela concentração de solutos em um compar mento. A principal diferença entre os solutos do plasma e do líquido inters cial é devida às proteínas, as quais estão presentes no plasma, mas a maioria está ausente no líquido inters cial. A pressão osmó ca criada pela presença dessas proteínas é conhecida como pressão coloidosmótica ( ), também chamada de pressão oncó ca. Note que a pressão coloidosmótica não é equivalente à pressão osmó ca total em um capilar. Ela é apenas uma medida da pressão osmó ca criada pelas proteínas. Devido ao endotélio capilar ser livremente permeável a íons e outros solutos do plasma e do líquido inters cial, esses outros solutos não contribuem para o gradiente osmó co. A pressão coloidosmótica é mais alta no plasma do que no líquido inters cial. Portanto, o gradiente osmó co favorece o movimento da água por osmose do líquido intersticial para o plasma. A pressão hidrostá ca capilar, por outro lado, diminui ao longo do comprimento do capilar, à medida que a energia é perdida devido ao atrito, com o gradiente de pressão diminuindo da extremidade arterial para a extremidade venosa. Como a pressão hidrostá ca do líquido inters cial é muito baixa, nós a consideraremos como essencialmente zero. Isso signi ca que o movimento da água devido à pressão hidrostá ca é direcionado para fora do capilar. Se a direção do uxo de massa é para dentro dos capilares, o movimento do líquido é chamado de absorção. Se a direção do uxo é para fora dos capilares, o movimento do líquido é conhecido como ltração. A ltração capilar é causada pela pressão hidrostática que força o líquido a sair dos capilares arteriais através de junções celulares permeáveis. Como analogia, pense em uma mangueira de jardim com perfurações nas suas paredes que permitem que a água esguiche para fora. A maioria dos capilares apresenta uma transição da ltração resultante na extremidade arterial para a absorção resultante na extremidade venosa. 5

6 Se a direção do uxo é para fora dos capilares, o movimento do líquido é conhecido como ltração; se a direção do uxo de massa é para dentro dos capilares, o movimento do líquido é chamado de absorção. 6

7 A dinâmica da troca de líquidos através das membranas dos capilares pulmonares é qualitativamente a mesma encontrada nos tecidos periféricos. Entretanto, quantitativamente, existem importantes diferenças: 1. A pressão do capilar pulmonar é baixa, de aproximadamente 7 mmhg, em comparação com um a pressão capilar funcional consideravelmente mais elevada nos tecidos periféricos, de aproximadamente 17 mmhg. 2. A pressão do líquido intersticial no pulmão é um pouco mais negativa do que a encontrada no tecido subcutâneo periférico. (Esta pressão foi mensurada de duas formas: pela inserção de uma micropipeta no interstício pulmonar, gerando um valor aproximado de 5 mmhg, e através da mensuração da pressão de absorção de líquido oriundo do alvéolo, que gerou um valor de 8 mmhg.) 3. Os capilares pulmonares são relativamente permeáveis às moléculas de proteínas, de modo que a pressão coloidosmótica do líquido intersticial pulmonar é de aproximadamente 14 mmhg, em comparação com menos da metade deste valor nos tecidos periféricos. 7

8 4. As paredes alveolares são relativamente finas, e o epitélio alveolar que cobre as superfícies alveolares são tão frágeis que podem se romper por qualquer pressão positiva superior à pressão do ar alveolar nos espaços intersticiais (mais do que 0 mm Hg), o que permite o acúmulo de líquido oriundo do espaço intersticial nos alvéolos. A Figura 38-6 demonstra um capilar pulmonar, um alvéolo pulmonar e um capilar linfático drenando o espaço intersticial entre o capilar sanguíneo e o alvéolo. Forças hidrostática e osmótica no capilar (à esquerda) e na membrana alveolar (à direita) dos pulmões. Também está demonstrada a extremidade de um vaso linfático (centro) que bombeia o líquido oriundo dos espaços intersticiais pulmonares. 8

9 Assim, as forças normais direcionadas para fora são levemente maiores do que as forças direcionadas para dentro, gerando uma pressão de filtração média na membrana do capilar pulmonar. 9

10 Esta pressão de filtração causa um leve fluxo contínuo de líquido dos capilares pulmonares para os espaços intersticiais, e, exceto por um a pequena quantidade que se evapora nos alvéolos, este líquido é bombeado de volta para a circulação através do sistema linfático pulmonar. 10

11 Os vasos linfáticos estão presentes em todo o tecido de suporte do pulmão,começando nos espaços de tecido conjuntivo que circundam os bronquíolos terminais, cursando para o hilo do pulmão e,deste ponto, principalmente para o ducto linfático torácico direito. Partículas que penetram nos alvéolos são parcialmente removidas por meio destes canais, e a proteína plasmática que escapa dos capilares pulmonares também é removida dos tecidos ulmonares, ajudando a prevenir um edema pulmonar. 11

12 Pressão de pulso no ventrículo direito: a pressão sistólica do ventrículo direito de um ser humano normal é em média de 25 mmhg, e a pressão diastólica normal é em média cerca de 0 a 1 mmhg, valores que são somente um quinto dos encontrados para o ventrículo esquerdo. Pressões na artéria pulmonar: durante a sístole, a pressão na artéria pulmonar é essencialmente igual à pressão no ventrículo direito (P VD ). Entretanto, depois que a válvula pulmonar se fecha ao final da sístole, a pressão ventricular cai vertiginosamente, enquanto a pressão arterial pulmonar cai mais lentamente conforme o sangue flui através dos capilares dos pulmões. A pressão arterial pulmonar sistólica é em média de 25 mmhg no ser humano normal, e a pressão arterial pulmonar diastólica é de aproximadamente 8 mmhg, com a pressão arterial pulmonar média sendo de 15 mmhg. 12

13 Pressão capilar pulmonar: a pressão média capilar pulmonar, como é de aproximadamente 7 mmhg. A importância desta baixa pressão capilar é relaciona-se às funções de troca de líquidos dos capilares pulmonares. Pressão arterial esquerda e pressão venosa pulmonar: a pressão média no átrio esquerdo e nas principais veias pulmonares é de aproximadamente 2 mmhg em um ser humano em decúbito, variando de 1 mmhg a 5 mmhg. Geralmente não é possível medir a pressão do átrio esquerdo de um ser humano usando-se um equipamento de medida direta, pois é difícil passar um cateter através das câmaras cardíacas, chegando ao átrio esquerdo. Entretanto, a pressão atrial esquerda geralmente pode ser estimada com moderada precisão através da também chamada pressão de encunhadura pulmonar. Esta pressão é obtida por meio da inserção de um cateter através de um a veia periférica até o átrio direito, passando a seguir ao lado direito do coração e através da artéria pulmonar até chegar aos pequenos ramos da artéria pulmonar,finalmente empurrando o cateter até que ele fique encunhado firmemente neste pequeno ramo. A pressão medida através do cateter, chamada pressão encunhada, é de aproximadamente 5 mmhg. Como todo o fluxo sanguíneo foi interrompido na pequena artéria encunhada, e com o os vasos que se estendem além desta artéria fazem uma conexão direta com os capilares pulmonares, esta pressão de encunhadura é geralmente apenas 2 a 3 mmhg maior do que a pressão no átrio esquerdo. Quando a pressão no átrio esquerdo se eleva a valores altos, a pressão de encunhadura pulmonar também aumenta. Portanto, as medidas da pressão de encunhadura podem ser utilizadas para estudar clinicamente as alterações na pressão capilar pulmonar e na pressão atrial esquerda em pacientes com insuficiência cardíaca congestiva. 13

14 A ven lação alveolar é a troca de gases entre os alvéolos e o ambiente externo. Este é o processo pelo qual o oxigênio é transportado aos pulmões a par r da atmosfera e pelo qual o dióxido de carbono levado aos pulmões pelo sangue venoso misto é eliminado do corpo. Embora a ven lação alveolar seja geralmente de nida como o volume de ar fresco que entra nos alvéolos por minuto, um volume similar de ar alveolar que deixa o corpo por minuto está implícito nessa de nição. A hematose é o processo de trocas gasosas que ocorre nos capilares sanguíneos dos alvéolos pulmonares através da difusão de gases: oxigênio e dióxido de carbono. 14

15 Os valores de ven lação-minuto [ou ventilação pulmonar total = frequência ven latória x volume corrente (VC)] fornecem uma medida não exata da e ciência respiratória, no entanto a taxa de ven lação alveolar (TV A ) é um índice mais apropriado da e cácia ven latória. A TV A descarta o volume de ar não lizado do espaço morto e mensura o uxo de ar nos alvéolos durante um intervalo determinado de tempo. A TV A é calculada através da seguinte equação: TV A (ml/min) = frequência (ven lações/min ou ciclos ven latórios/min) x [VC espaço morto anatômico] (ml/ven lação). Em uma pessoa saudável, a TV A é de aproximadamente 12 ciclos ven latórios por minuto vezes a diferença de ml por ven lação (VC espaço morto), ou ml/min. Lembrete: O espaço morto anatômico é a parte do ar inspirado preenche as vias aéreas condutoras e não contribui para a troca gasosa nos alvéolos. O volume de ar presente nestes ductos da zona condutora, que cons tui o espaço morto anatômico, é de aproximadamente 150 ml. 15

16 Considerando o volume do espaço morto anatômico constante em um determinado indivíduo, o aumento do volume em cada inspiração (ven lações profundas) eleva a TV A pelo incremento das trocas de ar nos alvéolos e não propriamente pelo aumento da frequência ven latória. A TV A diminui dras camente durante a ven lação rápida e super cial, pois grande parte do ar inspirado não chega a atingir os locais de trocas. De fato, conforme o volume corrente se aproxima ou ca igual ao volume do espaço morto, a ven lação alveolar pode chegar a zero, apesar da alta frequência respiratória. 16

17 A composição dos gases da atmosfera é bem diferente daquela nos alvéolos. A atmosfera é quase inteiramente cons tuídaporo 2 en 2 ; os alvéolos contêm mais CO 2 e vapor de água e bem menos O 2. 17

18 Estas diferenças re etem os efeitos de (1) trocas gasosas que estão constantemente ocorrendo nos pulmões (o O 2 se difunde dos alvéolos para o sangue e o CO 2, na direção oposta), (2) umidi caça o do ar através das vias condutoras e (3) alteração da mistura do ar alveolar a cada ciclo ven latório. Como somente 500 ml de ar são inalados em cada inspiração basal, o ar nos alvéolos é uma mistura dos gases novos inspirados e dos gases que permaneceram nas vias aéreas respiratórias entre os ciclos ven latórios. 18

19 A PO 2 do sangue venoso nas artérias pulmonares é somente 40 mmhg, em oposição a PO 2 de aproximadamente 104 mmhg nos alvéolos. Assim, existe um grande gradiente de pressão parcial, e o O 2 se difunde rapidamente dos alvéolos para o sangue capilar pulmonar. O equilíbrio, isto é, PO 2 de 104 mmhg nos dois lados da membrana respiratória, em geral ocorre em 0,25 segundo, aproximadamente um terço do tempo que um eritrócito permanece em um capilar pulmonar. Isto indica que o sangue pode ter seu uxo aumentado através dos capilares pulmonares em três vezes e, ainda assim, o sangue será adequadamente oxigenado. O dióxido de carbono é movido na direção opostaaoo 2, por um gradiente pressórico mais suave, de aproximadamente 5 mmhg (45 a 40 mmhg) até que ocorra o equilíbrio a 40 mmhg. O dióxido de carbono é, então, eliminado gradualmente dos alvéolos durante a expiração. Apesar do gradiente pressóricodoo 2 (40 para 100 mmhg) ser muito maior do que o gradiente do CO 2 (45 para 40 mmhg), quan dades semelhantes (em torno de 5 ml) destes gases são trocadas, pois o CO 2 é 20 vezes mais solúvel nos líquidos (plasma e fluido alveolar) do queoo 2. 19

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21 Embora uma grande mudança no padrão de ven lação alveolar possa afetar as pressões parciais dos gases nos alvéolos, a PO 2 e a PCO 2 nos alvéolos mudam surpreendentemente pouco durante a respiração normal em repouso. A PO 2 alveolar é relativamenteconstanteem104mmhg,eapco 2 alveolar permanece próxima de 40 mmhg. As pressões parciais de O 2 e CO 2 nos alvéolos são facilmente modi cadas através do aumento da amplitude e da frequência ven latória. Elevadas taxas de ven lação alveolar (TV A ) trazem mais O 2 para os alvéolos, aumentando a PO 2 alveolar, eliminando rapidamente o CO 2 dos pulmões. Assim, à medida que a ven lação alveolar aumenta acima dos níveis normais durante a hiperven lação, a PO 2 alveolar aumenta para cerca de 120 mmhg, e a PCO 2 alveolar diminui para cerca de 20 mmhg. Durante a hipoven lação, quando menos ar novo entra nos alvéolos, a PO 2 alveolar diminui e a PCO 2 alveolar aumenta. 21

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23 Intuitivamente, você pode pensar que a PO 2 aumenta quando o primeiro ar novo entra nos alvéolos, e então diminui con nuamente à medida que o oxigênio sai dos alvéolos para entrar no sangue. Ao invés disso, encontramos apenas oscilações muito pequenas na PO 2. Por quê? As razões são que (1) a quan dade de oxigênio que entra nos alvéolos em cada ciclo ven latório é aproximadamente igual à quan dade de oxigênio que entra no sangue, e (2) a quan dade de ar novo que entra nos pulmões em cada ciclo ven latório é apenas um pouco mais que 10% do volume total do pulmão no nal da inspiração. 23

24 O ar no espaço morto anatômico pode não ser o único ar inspirado que não par cipa das trocas gasosas. O espaço morto alveolar é o volume de gás que entra em alvéolos não perfundidos a cada respiração. O espaço morto alveolar corresponde, portanto, aos alvéolos que são ven lados mas não são perfundidos pelos capilares sanguíneos pulmonares. As trocas gasosas não ocorrem nesses alvéolos por razões siológicas, e não anatômicas. Uma pessoa saudável tem pouco ou nenhum espaço morto alveolar, mas uma pessoa com baixo débito cardíaco pode ter um espaço morto alveolar significativo. 24

25 O espaço morto alveolar também resulta em uma diferença arterioalveolar de CO 2 (ou diferença arterial-expiratória final de CO 2 ), ou seja, a PCO 2 ao nal da expiração (endtidal PCO 2 ) é normalmente igual à PCO 2 arterial. Uma PCO 2 arterial maior do que a PCO 2 ao nal da expiração geralmente indica a presença de espaço morto alveolar. Essa diferença é determinada a partir da PCO 2 obtida pela gasometria do sangue arterial e da medida do CO 2 ao nal da expiração. 25

26 A equação de Bohr permite a determinação da soma do espaço morto anatômico e do espaço morto alveolar. O espaço morto anatômico mais o espaço morto alveolar é conhecido como o espaço morto siológico: Espaço morto siológico = espaço morto anatômico + espaço morto alveolar A equação de Bohr baseia-se em um conceito simples: qualquer volume mensurável de dióxido de carbono encontrado no gás misto expirado deve vir dos alvéolos que são ventilados e perfundidos, pois existe uma quan dade insigni cante de dióxido de carbono no ar inspirado. O ar inspirado que permanece no espaço morto anatômico ou que entra nos alvéolos não perfundidos deixará o corpo como entrou (exceto por ter sido aquecido à temperatura corporal e umidi cado), com pouco ou nenhum dióxido de carbono, como mostrado na equação de Bohr, em que VEM CO2 é o espaço morto para o CO 2 (o espaço morto siológico), VC é o volume corrente, PaCO 2 é a pressão parcial arterial de dióxido de carbono e PECO 2 é a pressão parcial mista expirada de dióxido de carbono. A PCO 2 arterial deve ser determinada a partir de uma amostra de sangue arterial; a PCO 2 do gás misto expirado coletado pode ser determinada por um medidor de CO 2. Apóso espaço morto siológico ser calculado usando-se a equação de Bohr, o espaço morto anatômico es mado pode ser subtraído do valor ob do pela equação de Bohr para, então, se calcular o espaço morto alveolar. O espaço morto anatômico pode ser alterado por bronco-constrição, que diminui o VEM; broncodilatação que aumenta o VEM; ou tração ou compressão das vias aéreas, que aumenta ou diminui o VEM, respectivamente. 26

27 Se a PCO 2 arterial é maior do que a PCO 2 alveolar mista determinada pela amostra de CO 2 ao nal da expiração (end-tidal CO 2 ), então o espaço morto siológico é provavelmente maior do que o espaço morto anatômico, ou seja, se existe uma grande diferença arterioalveolar de CO 2, signi ca que existe um espaço morto alveolar considerável; uma pessoa sem espaço morto alveolar tem uma diferença arterialexpiratória final de CO 2 de zero. Pessoas jovens saudáveis não apresentam espaço morto alveolar; portanto, seu espaço morto siológico é igual ao espaço morto anatômico. Situações nas quais os alvéolos são ven lados mas não são perfundidos podem ocorrer quando porções da vasculatura pulmonar são ocluídas por coágulos de sangue ou por outros materiais no sangue venoso (embolia pulmonar), quando existe um baixo retorno venoso que causa baixo débito ventricular direito (hemorragia) e quando a pressão alveolar é alta (ven lação com pressão posi va com pressão expiratória final positiva). 27

28 Em uma pessoa saudável na posição sentada ou em pé, existe maior uxo sanguíneo por unidade de volume (por alvéolo) nas regiões inferiores do que nas regiões superiores dos pulmões. Se o indivíduo deita, seu padrão de perfusão regional é alterado, e assim a perfusão para as porções anatomicamente superiores e inferiores dos pulmões tem uma distribuição mais uniforme, mas o uxo sanguíneo por unidade de volume é ainda superior nas regiões pulmonares dependentes da gravidade. Por exemplo, se o indivíduo está deitado sobre seu lado esquerdo, o pulmão esquerdo recebe um maior uxo sanguíneo por unidade de volume do que o pulmão direito. O exercício, que aumenta o débito cardíaco, aumenta o uxo sanguíneo por unidade de volume para todas as regiões dos pulmões, mas o gradiente de perfusão persiste; assim, ainda existe um uxo sanguíneo rela vamente maior por unidade de volume nas regiões pulmonares dependentes da gravidade. 28

29 Mover o oxigênio da atmosfera para a super cie de troca alveolar é apenas o primeiro passo da respiração externa. Em seguida, a troca dos gases deve ocorrer através da interface alvéolo-capilar. Finalmente, o uxo de sangue (perfusão) que passa pelos alvéolos deve ser alto o su ciente para captar o oxigênio disponível. Ajustar a ven lação nos grupos de alvéolos pelos quais o sangue ui é um processo de duas etapas que envolve a regulação local do fluxo de ar e do fluxo de sangue. Alterações no fluxo de sangue pulmonar dependem quase exclusivamente das propriedades dos capilares e dos de fatores locais, como a concentração de oxigênio e dióxido de carbono no tecido pulmonar. Os capilares nos pulmões são incomuns, pois são colapsáveis. Se a pressão do sangue que flui pelos capilares cai abaixo de certo ponto, os capilares se fecham, desviando o sangue para os capilares pulmonares onde a pressão do sangue é maior. Assim, toda vez que a pressão do ar no alvéolo pulmonar for maior do que a pressão capilar pulmonar, os capilares se fecham e o fluxo sanguíneo é interrompido. Sob diferentes condições pulmonares, patológicas e normais, pode ser encontrada qualquer uma das três possíveis zonas de fluxo pulmonar: Zona 1: Ausência defluxo sanguíneo durante todas as partes do ciclo cardíaco,porque a pressão capilar alveolar local nesta área do pulmão nunca se eleva acima da pressão do ar alveolar em nenhuma parte do ciclo cardíaco. Zona 2: Fluxo sanguíneo intermitente somente durante os picos da pressão arterial pulmonar, porque a pressão sistólica é superior à pressão do ar alveolar,mas a pressão diastólica é inferior à pressão do ar alveolar. Zona 3: Fluxo sanguíneo contínuo porque a pressão capilar alveolar permanece mais alta que a pressão do ar alveolar durante todo o ciclo cardíaco. Normalmente, os pulmões possuem somente zonas de fluxo sanguíneo 2 e 3 zona 2 (fluxo intermediário) nos ápices e zona 3 (fluxo contínuo) em todas as áreas inferiores. Por exemplo, quando uma pessoa está na posição ereta, a pressão arterial pulmonar no ápice do pulmão é aproximadamente 15 mmhg menor do que a pressão no nível do coração. Portanto, a pressão sistólica apical é de somente 10 mmhg (25 mmhg no nível cardíaco menos 15 mmhg de diferença da pressão hidrostática). Esta pressão sanguínea apical de 10 mmhg é superior à pressão alveolar zero, de modo que o sangue flui através dos capilares pulmonares apicais durante a sístole cardíaca. Inversamente, durante a diástole, a pressão diastólica de 8 mmhg no nível do coração não é suficiente para empurrar o sangue através dos 15 mmhg do gradiente de pressão hidrostática necessários para causar um fluxo capilar diastólico. Portanto, o fluxo sanguíneo através da parte apical dos pulmões é intermitente, com fluxo durante a sístole, mas com a interrupção deste durante a diástole; esta é chamada zona 2 de fluxo sanguíneo. A zona 2 de fluxo sanguíneo começa, em pulmões normais, a cerca de 10 centímetros acima do nível médio do coração e se estende deste ponto até a região superior dos pulmões. Nas regiões inferiores dos pulmões, aproximadamente dos 10 centímetros acima do nível do coração até a parte inferior dos pulmões, a pressão arterial pulmonar durante a sístole e a diástole permanece superior à pressão do ar alveolar de zero. Portanto, há um fluxo contínuo através dos capilares alveolares, ou zona 3 do fluxo sanguíneo. Além disso, quando uma pessoa está deitada, nenhuma parte do pulmão está a mais de alguns centímetros acima do nível do coração. Neste caso, o fluxo sanguíneo em uma pessoa normal é totalmente zona 3, incluindo os ápices pulmonares. A zona 1 de fluxo sanguíneo ocorre sob condições anormais: a zona 1 de fluxo sanguíneo, que representa a ausência de fluxo durante todo o ciclo cardíaco, ocorre quando a pressão arterial sistólica pulmonar é muito baixa ou quando a pressão alveolar é muito alta para permitir o fluxo. Por exemplo, se uma pessoa de pé está respirando contra uma pressão de ar positiva de modo que a pressão aérea intra-alveolar seja pelo menos 10 mmhg acima do normal, mas a pressão sistólica do sangue pulmonar é normal, pode-se esperar uma zona 1 de fluxo sanguíneo ausência de fluxo sanguíneo nos ápices pulmonares. Outro exemplo no qual a zona 1 de fluxo sanguíneo ocorre é em uma pessoa na posição ereta cuja pressão sistólica arterial pulmonar é extremamente baixa, como pode ocorrer após uma grave perda sanguínea. 29

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31 Quando a pressão na artéria pulmonar é baixa, as regiões mais superiores dos pulmões não recebem uxo sanguíneo. A perfusão dos pulmões cessa no ponto em que a pressão alveolar (PA) é igual à pressão na artéria pulmonar (Pa). Acima desse ponto, não há perfusão, porque a pressão alveolar excede a pressão da artéria pulmonar. Abaixo desse ponto, a perfusão por unidade de volume aumenta consistentemente em direção às bases pulmonares. Assim, sob circunstâncias nas quais a pressão alveolar é maior do que a pressão na artéria pulmonar nas partes superiores dos pulmões, não ocorre uxo sanguíneo nessa região, a qual é referida como a zona 1. Portanto, a zona 1 é de alvéolos ven lados mas não perfundidos. Esse é o espaço morto alveolar. Felizmente, em uma pessoa com um débito cardíaco normal, durante a respiração normal, de repouso, a pressão da artéria pulmonar é maior do que a pressão alveolar, mesmo nas regiões mais superiores dos pulmões, não existindo, portanto, a zona 1. 31

32 As paredes nas e a pequena quan dade de músculo liso encontrada nas artérias pulmonares têm importantes consequências siológicas. Os vasos pulmonares oferecem muito menos resistência ao uxo sanguíneo do que as artérias da circulação sistêmica. Eles são também muito mais distensíveis e compressíveis do que as artérias sistêmicas. Esses fatores levam a pressões intravasculares muito mais inferiores do que aquelas encontradas nas artérias sistêmicas. 32

33 Os vasos pulmonares estão localizados no tórax e estão sujeitos às mudanças das pressões alveolar e intrapleural, as quais variam significativamente de 80 cmh 2 O, durante um esforço inspiratório máximo, até acima de 100 cmh 2 O, durante uma expiração máxima forçada. Portanto, outros fatores além do tônus do músculo liso vascular pulmonar podem exercem efeitos importantes sobre a resistência vascular pulmonar (RVP). 33

34 O tubo ilustrado na Figura pode representar um segmento de um vaso sanguíneo qualquer. Ele apresenta determinado comprimento (L) e certo raio interno (r) pelos quais o sangue ui. O líquido se movimenta pelo tubo somente quando há diferença de pressão( P) entre as extremidades inicial e final deste (P i ep f ). A diferença de pressão fornece a força de direcionamento do uxo. Os vasos tendem a resis r ao movimento do uxo que os percorre devido ao atrito desenvolvido entre o movimento do líquido e a parede do tubo. Essa resistência vascular demonstra a di culdade do líquido de uir pelo vaso, isto é, o quanto de diferença de pressão é necessário para causar certo uxo. Essa importante relação entre uxo, diferença de pressão e resistência é descrita pela equação básica de fluxo, em que em que Q é o fluxo (volume/tempo), P a diferença de pressão (mmhg) e R a resistência ao fluxo (mmhg x tempo/volume). Figura: Fatores que in uenciam no uxo de líquidos ao longo de um vaso. 34

35 Deveria ser evidente, a par r da equação básica de uxo, que há somente duas maneiras em que o uxo sanguíneo, de qualquer órgão, pode ser alterado: (1) mudando-se a diferença de pressão no leito vascular ou (2) modi cando-se a sua resistência vascular. A causa mais frequente de modi cações do uxo nos órgãos são as alterações na resistência vascular. 35

36 As equações (1) e (2) (slides 19 e 20) podem ser combinadas em uma única expressão, conhecida como a equação de Poiseuille (equação (3)), que inclui todos os fatores que in uenciam o uxo de um vaso cilíndrico. Novamente, é importante observar que o uxo ocorre somente quando há diferença de pressão. Não é surpresa, então, que a pressão arterial sanguínea seja uma variável cardiovascular muito relevante e namente regulada. Mais uma vez deve-se notar que, para uma dada diferença de pressão, o raio do tubo tem grande in uência sobre o uxo ao longo do tubo. Dessa forma, parece claro que os uxos sanguíneos são regulados primeiramente pelas mudanças no raio dos vasos sanguíneos dos órgãos. Apesar de o comprimento dos vasos e a viscosidade do sangue serem importantes para o controle da resistência vascular, esses fatores não são facilmente modulados para o controle constante do uxo sanguíneo. 36

37 Para a circulação pulmonar, a RVP é igual à pressão arterial pulmonar média (Pa, a pressão a montante upstream) menos a pressão atrial esquerda média (a pressão a jusante downstream), dividida pelo uxo sanguíneo pulmonar (o débito cardíaco). Contudo, a pressão atrial esquerda média pode não ser uma pressão a jusante efe va para o cálculo da RVP em todas as condições pulmonares (ver a seção sobre as zonas pulmonares adiante nesta aula). Devido ao fato de as circulações direita e esquerda estarem em série, os débitos dos ventrículos direito e esquerdo devem ser aproximadamente iguais. (Se não forem, sangue e uido carão acumulados nos pulmões ou na periferia.) 37

38 Se os dois débitos forem os mesmos, e as pressões medidas ao longo da circulação sistêmica e da circulação pulmonar forem de 98 e 10 mmhg, respec vamente (ver Figura slide anterior), então a RVP deve ser cerca de um décimo da resistência periférica total (RPT). A RPT é também chamada de resistência vascular sistêmica (RVS). 38

39 A distribuição da RVP pode ser es mada pela diminuição na pressão ao longo de cada um dos três principais componentes da vasculatura pulmonar: as artérias, os capilares e as veias pulmonares. Na Figura do slide 22, a resistência é bem distribuída entre os três componentes. Em repouso, cerca de um terço da resistência ao uxo sanguíneo está localizado nas artérias pulmonares, um terço nos capilares pulmonares e um terço nas veias pulmonares. Em contrapar da, na circulação sistêmica cerca de 70% da resistência ao uxo sanguíneo está localizada no lado arterial, sobretudo nas arteríolas sistêmicas, que são altamente musculares. 39

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41 Relembrando: A respiração externa é o movimento de gases entre o meio externo e as células do corpo, e requer o funcionamento coordenado dos sistemas respiratório e circulatório. Durante a respiração externa, o sangue venoso que ui através da circulação pulmonar é oxigenado nos capilares pulmonares, retorna ao coração e, posteriormente, é distribuído pelas artérias sistêmicas para todos os tecidos corporais. A mudança da cor do sangue, veri cada nos capilares pulmonares, ocorre devido à captação do O 2 e à sua ligação com a hemoglobina nos eritrócitos. Ao mesmo tempo, a eliminação do CO 2 do sangue venoso ocorre com a mesma velocidade. A respiração externa pode ser subdividida em quatro processos integrados, ilustrados na Figura: 1. A troca de ar entre a atmosfera e os pulmões. Este processo é conhecido como ven lação pulmonar: inspiração (inalação) é o movimento do ar para dentro dos pulmões; expiração (exalação) é o movimento de ar para fora dos pulmões. Os mecanismos pelos quais a ven lação acontece são chamados cole vamente de mecânica da respiração. 2.AtrocadeO 2 e CO 2 entre os pulmões e o sangue. 3.OtransportedeO 2 e CO 2 pelo sangue. 4. A troca de gases entre o sangue e as células. Somente os dois primeiros processos da respiração externa são de responsabilidade exclusiva do sistema respiratório; porém, o sistema respiratório não pode realizar cientemente sua função primordial de obter oxigênio e eliminar dióxido de carbono sem que todos os outros processos também ocorram. Assim, o sistema respiratório e o circulatório estão funcionalmente interligados e, se algum deles falhar, as células do corpo sofrerão lesões por falta de oxigênio e depleção de energia. 41

42 A difusão simples do oxigênio e do dióxido de carbono através das camadas de células (entre alvéolos e capilares pulmonares, ou entre capilares sistêmicos e células) obedece às regras da difusão simples através de uma membrana (resumidas na lei da difusão de Fick). Se considerarmos que a permeabilidade da membrana é constante, então três fatores in uenciam a difusão nos pulmões: 1. Área de super cie. A taxa de difusão é diretamente proporcional à área de super cie disponível. 2. Gradiente de concentração. A taxa de difusão é diretamente proporcional ao gradiente de concentração da substância em difusão. 3. Espessura da membrana. A taxa de difusão é inversamente proporcional à espessura da membrana. Às regras gerais da difusão, podemos adicionar uma quarta in uência: distância de difusão a difusão é mais rápida em curtas distâncias. Sob muitas circunstâncias, a distância de difusão, a área de super cie e a espessura da membrana são constantes no corpo e são maximizadas para facilitar a difusão (exceto a espessura da membrana, que é constante porém inversamente proporcional à taxa de difusão). 42

43 Deste modo, o fator mais importante para a troca de gases na siologia normal é o gradiente de concentração. A difusão do oxigênio ocorre porque a pressão desse gás (PO 2 ) nos alvéolos é, em média, de 104mmHg, enquanto a PO 2 do sangue venoso, que entra nos capilares pulmonares em sua porção arterial, é de apenas 40mmHg. Portanto, a diferença de pressão inicial que possibilita a difusão do oxigênio para os capilares pulmonares é de (= 64), ou seja, 64mmHg. 43

44 Os níveis de oxigênio e de dióxido de carbono no gás alveolar são determinados pela ven lação alveolar (V A ), pelo consumo de oxigênio (VO 2 ) do corpo e pela produção de CO 2 (VCO 2 ) pelo corpo. 44

45 Então, os três fatores que influenciam o movimento do oxigênio e do dióxido de carbono através da membrana respiratória são: 1. Gradiente das pressões parciais e a solubilidade dos gases. 2. Razão entre a ven lação alveolar e a perfusão sanguínea pulmonar. 3. Caracterí cas estruturais da membrana respiratória. Figura: Determinação do movimento dos gases através do gradiente das pressões parciais. Acima: os gradientes promovem a troca de O 2 e CO 2 através da membrana respiratória nos pulmões. Abaixo: os gradientes promovem o movimento dos gases através das membranas do sistema de capilares nos tecidos. (Observe que a composição do ar alveolar e a do ar expirado são diferentes devido à mistura dos gases que ocorre no espaço morto. A pequena redução da PO 2 no sangue venoso pulmonar ocorre devido à diluição parcial do sangue nos capilares pulmonares com sangue menos oxigenado.) 45

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47 A ven lação alveolar conduz o oxigênio para os pulmões e remove o dióxido de carbono. De modo semelhante, o sangue venoso misto conduz o dióxido de carbono aos pulmões e capta o oxigênio alveolar. Assim, a PO 2 e a PCO 2 alveolares são determinadas pela relação entre a ven lação e a perfusão alveolares. As alterações na relação (razão) entre a ven lação e a perfusão, chamada de A/C para a ven lação alveolar/ uxo sanguíneo capilar pulmonar (ou apenas V/Q), resultará em mudanças na PO 2 e na PCO 2 alveolares, bem como na distribuição de gás ou na sua remoção dos pulmões. A ven lação alveolar é normalmente cerca de 4 a 6 L/min, e o uxo sanguíneo pulmonar (que é igual ao débito cardíaco) encontra-se em uma faixa semelhante, portanto, a V/Q para o pulmão inteiro encontra-se na faixa de 0,8 a 1,2. Contudo, a ven lação e a perfusão devem ser equivalentes nas regiões alvéolo-capilares para a ocorrência de trocas gasosas eficientes. 47

48 O oxigênio é fornecido aos alvéolos pela ven lação alveolar e é removido dos mesmos à medida que se difunde para o sangue capilar pulmonar, sendo transportado ao restante do corpo pelo uxo sanguíneo. De forma semelhante, o dióxido de carbono chega aos alvéolos pelo sangue venoso misto, difundindo-se a par r dos capilares pulmonares e sendo removido dos alvéolos pela ven lação alveolar. No débito cardíaco de repouso, a difusão de oxigênio e de dióxido de carbono é normalmente limitada pela perfusão pulmonar. As pressões parciais alveolares de oxigênio e de dióxido de carbono são, portanto, determinadas pela V/Q. Se a V/Q em uma unidade alvéolo-capilar aumentar, o fornecimento de oxigênio em relação a sua remoção irá aumentar, assim como também a remoção de dióxido de carbono em relação ao seu fornecimento. Portanto, a PO 2 alveolar aumentará, e a PCO 2 alveolar diminuirá. Se a V/Q em uma unidade alvéolocapilar diminuir, a remoção do oxigênio em relação ao seu fornecimento aumentará, e o fornecimento de dióxido de carbono em relação a sua remoção também aumentará. 48

49 Espessura e área de super cie da membrana respiratória: em pulmões saudáveis, a membrana respiratória apresenta espessura de somente 0,5 a 1 m e por isso as trocas gasosas normalmente são muito eficientes. Observe as diferentes camadas da membrana respiratória: 1. Uma camada de líquido revestindo o alvéolo e contendo surfactante que reduz 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. 49

50 As pressões parciais e os gradientes de difusão são inversos aos verificados nas trocas gasosas pulmonares. No entanto, os fatores que promovem as trocas gasosas entre os capilares sistêmicos e as células teciduais são basicamente idê cos àqueles dos pulmões. As células teciduais continuamente utilizam O 2 para as suas vidades metabólicas e produzem CO 2. Como a PO 2 nos tecidos é sempre menor do que a do sangue arterial sistêmico (40 mmhg versus 100 mmhg), o O 2 é movido rapidamente do sangue para os tecidos até ngir o equilíbrio e, inversamente, o CO 2 é movido rapidamente a favor do seu gradiente pressórico das células teciduais para o sangue. 50

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52 A molécula de oxigênio é carregada no sangue sob duas formas: ligada à hemoglobina (Hb), no interior dos eritrócitos, e dissolvida no plasma. O oxigênio é pouco solúvel em água, assim somente 1,5% do oxigênio transportado está sob a forma dissolvida. De fato, se esta fosse a única forma de transporte do oxigênio, seria necessário uma PO 2 de 3 atm ou um débito cardíaco 15 vezes maior para fornecer níveis de oxigênio su ciente aos tecidos corporais. Esse problema, é claro, foi resolvido pela hemoglobina, e 98,5% do oxigênio são transportados dos pulmões aos tecidos através de uma fraca combinação química com a hemoglobina. 52

53 A hemoglobina (Hb) é uma proteína grande e complexa cuja estrutura quaternária possui quatro cadeias de proteínas globulares (duas cadeias e duas cadeias ), cada uma enrolada ao redor de um grupo heme que contém ferro. Os quatro grupos heme em uma molécula de hemoglobina são idênticos. Cada um consiste em um anel porfirínico carbono-hidrogênio-nitrogênio, com um átomo de ferro no centro (Fe). Cerca de 70% do ferro no corpo são encontrados nos grupos heme da hemoglobina. O átomo de ferro central de cada grupo heme pode ligar- se reversivelmente com uma molécula de oxigênio. Como há quatro átomos de ferro por hemoglobina, cada molécula de hemoglobina tem o potencial de ligar-se a quatro moléculas de oxigênio. A interação ferro-oxigênio é uma ligação fraca que pode ser facilmente rompida sem alterar a hemoglobina ou o oxigênio. 53

54 A combinação da hemoglobina (Hb) com o oxigênio, chamada de oxiemoglobina, é escrita HbO 2. A hemoglobina libera o oxigênio e passa a se chamar hemoglobina reduzida, ou desoxiemoglobina, e é escrita HHb. A associação e a dissociação do O 2 podem ser indicadas por uma única equação reversível. Figura: Nos capilares pulmonares, onde a PO 2 plasmá ca aumenta à medida que o oxigênio se difunde a par r dos alvéolos, a hemoglobina liga-se ao oxigênio. Nas células, onde o oxigênio está sendo usado e a PO 2 do plasma cai, a hemoglobina libera seu oxigênio. Devido ao fato de o oxigênio ser pouco solúvel em soluções aquosas, nós precisamos ter quantidades adequadas de hemoglobina no nosso sangue para sobreviver. 54

55 Após a primeira ligação de uma molécula de O 2 com o ferro, a molécula de hemoglobina (Hb) modifica sua forma. Como resultado, a Hb rapidamente liga mais duas moléculas, e a ligação com a quarta molécula é ainda mais facilitada. Quando todos os grupos heme estiverem ligados aos O 2, considera-se que a molécula de hemoglobina está totalmente saturada. Quando uma, duas ou três moléculas de oxigênio estão ligadas, a hemoglobina está parcialmente saturada. Seguindo o mesmo raciocínio, a liberação de uma molécula de oxigênio facilita a liberação da próxima e, assim, sucessivamente. Assim, a a nidade (força da ligação) da hemoglobina com o oxigênio é modi cada pelo grau da saturação de oxigênio e, consequentemente, tanto a associação quanto a dissociação do oxigênio ocorre de forma muito eficiente. 55

56 AtaxanaqualaHbreversivelmenteligaouliberaO 2 é regulada pela PO 2 do sangue, temperatura, ph sanguíneo, PCO 2 e concentração sanguínea de um fator que afeta a ligação oxigênio-hemoglobina, o 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG), também chamado de 2,3-bifosfoglicerato (2,3-BPG ou BPG), um composto sinte zado a par r de um intermediário da via da glicólise. Estes fatores interagem para garantir o fornecimento adequado de O 2 aos tecidos. 56

57 A proporção de oxigênio ligado à hemoglobina é expressa como percentual de saturação. Esse percentual corresponde ao conteúdo de oxigênio ligado à hemoglobina dividido pela capacidade de oxigênio da hemoglobina no sangue mul plicado por 100%. A capacidade de oxigênio de um indivíduo depende da quan dade de hemoglobina no sangue. O conteúdo de oxigênio no sangue também depende da quantidade de hemoglobina presente (bem como da PO 2 ). Tanto o conteúdo como a capacidade de oxigênio são expressos em mililitros de oxigênio por 100 ml de sangue. Por outro lado, o percentual de saturação da hemoglobina expressa apenas um percentual, e não uma quan dade ou volume de oxigênio, ou seja, o percentual de saturação não é o mesmo que o conteúdo de oxigênio. Por exemplo, dois pacientes podem ter o mesmo percentual de saturação da hemoglobina, mas, se um deles ver uma menor concentração de hemoglobina no sangue devido a uma anemia, ele terá um menor conteúdo de oxigênio no sangue. A relação entre a PO 2 do plasma e o percentual de saturação da hemoglobina pode ser expressa gra camente como a curva de dissociação da oxiemoglobina. Uma curva de dissociação da oxiemoglobina para o sangue normal é mostrada na figura. Como a afinidade da hemoglobina pelo O 2 é modi cada com a ligação do O 2, a relação entre o grau de saturação de hemoglobina e a PO 2 do sangue não é linear, como mostra a Figura da curva de dissociação de oxigênio-hemoglobina. Esta curva apresenta um formato sigmoide e tem uma inclinação ascendente nos valores de PO 2 entre10e 50 mmhg e, então, atinge um platô entre 70 e 100 mmhg. Observe que a curva é quase plana em níveis de PO 2 maiores que 100 mmhg (isto é, a inclinação se aproxima de zero). A uma PO 2 acima de 100 mmhg, mesmo grandes mudanças na PO 2 causam apenas mudanças pequenas no percentual de saturação. De fato, a hemoglobina não é 100% saturada até a PO 2 alcançar aproximadamente 650 mmhg, uma pressão parcial muito mais alta do que encontramos na vida cotidiana. 57

58 Em condições normais de repouso (PO 2 alveolar e arterial normais ~100 mmhg), a hemoglobina do sangue arterial está 98% saturada, e 100 ml de sangue arterial sistêmico contém aproximadamente 20 ml de O 2. Este conteúdo de oxigênio do sangue arterial é escrito em 20 vol% (volume %). Em outras palavras, à medida que o sangue passa pelos pulmões sob condições normais, a hemoglobina capta quase a quan dade máxima de oxigênio que ela pode transportar. À medida que o sangue arterial ui através dos capilares sistêmicos, aproximadamente 5 ml de O 2 por 100 ml de sangue são liberados, deixando a Hb com uma saturação de 75% (e um conteúdo de O 2 de 15 vol%) no sangue venoso. A saturação quase completa da Hb no sangue arterial explica por que ven lações profundas (que aumentam a PO 2 alveolar e a do sangue arterial) causam pequenos aumentos da saturação de O 2 da hemoglobina. Lembre-se, as medidas da PO 2 indicam somente a quantidade de O 2 dissolvido no plasma, e não a quan dade ligada à hemoglobina. No entanto, os valores da PO 2 são bons indica vos da função pulmonar, e quando a PO 2 arterial está significativamente abaixo da PO 2 alveolar, existe algum grau de prejuízo respiratório. 58

59 A curva de saturação da hemoglobina mostra outros dois fatores importantes. Primeiro, a Hb está quase completamente saturada em PO 2 de 70 mmhg, e aumentos da PO 2 produzem somente pequenos aumentos na ligação de O 2. A relevância deste comportamento se deve ao fato de que o carregamento do O 2 e o seu fornecimento aos tecidos ainda são adequados quando a PO 2 do ar inspirado está abaixo dos níveis usuais, uma situação comum em grandes al tudes e em indivíduos com doenças cardiopulmonares. Segundo, a dissociação do O 2 ocorre principalmente na porção descendente da curva, o que significa que uma pequena queda da PO 2 irá causar um grande aumento na dissociação. O achatamento da curva de dissociação nas PO 2 mais altas significa que a PO 2 alveolar pode diminuir abaixo de 100 mmhg sem diminuição signi ca va da saturação da hemoglobina. Enquanto a PO 2 nos alvéolos (e assim nos capilares pulmonares) permanecer acima de 60 mmhg, a hemoglobina estará mais de 90% saturada e manterá próximo do normal o transporte do oxigênio. Contudo, uma vez que a PO 2 diminua para menos de 60 mmhg, a curva torna-se mais íngreme. A inclinação íngreme signi ca que um pequeno decréscimo na PO 2 causa uma liberação relativamente grande de oxigênio. Por exemplo, se a PO 2 diminui de 100 mmhg para 60 mmhg, a porcentagem de saturação da hemoglobina vai de 98 para cerca de 90%, uma redução de 8%. Isto é equivalente a uma alteração de saturação de 2% para cada 10 mmhg de modi cação. Se a PO 2 diminui mais, de 60 para 40 mmhg, a porcentagem de saturação vai de 90 para 75%, um decréscimo de 7,5% para cada 10 mmhg. Na faixa de 40 a 20 mmhg, a curva é ainda mais íngreme. A saturação da hemoglobina diminui de 75% para 35%, uma mudança de 20% para cada 10 mmhg alterados. 59

60 Qual é o signi cado siológico da forma da curva de dissociação? No sangue que deixa os capilares sistêmicos com uma PO 2 de 40 mmhg (o valor médio para o sangue venoso de uma pessoa em repouso), a hemoglobina ainda está 75% saturada, o que signi ca que ela liberou nas células só um quarto do oxigênio que é capaz de carregar (normalmente, somente 20 a 25% do oxigênio ligado são dissociados durante um circuito na circulação sistêmica, e quantidades importantes de O 2 ainda estão disponíveis no sangue venoso). Assim, o oxigênio que permanece ligado serve como um reservatório (reserva venosa) que as células podem utilizar se o metabolismo aumentar. Quando os tecidos metabolicamente ativos usam o oxigênio adicional, sua PO 2 celular diminui, e é liberado oxigênio adicional pela hemoglobina nas células. A uma PO 2 de 20 mmhg (um valor médio para o músculo em exercício), a saturação da hemoglobina diminui para cerca de 35%. Com este decréscimo de 20 mmhg na PO 2 (de 40 mmhg para 20 mmhg), a hemoglobina libera um adicional de 40% do oxigênio que é capaz de transportar. Este é outro exemplo da capacidade de reserva do corpo. Assim, se o O 2 cai a níveis muito baixos nos tecidos, como ocorre durante o exercício vigoroso, muito mais O 2 poderá se dissociar da hemoglobina para ser usado pelas células, mesmo sem qualquer aumento da frequência respiratória ou do débito cardíaco. 60

61 Qualquer fator que mude a conformação da proteína hemoglobina pode afetar sua capacidade de ligação ao oxigênio. Nos seres humanos, mudanças siológicas no ph do plasma, na PCO 2 e na temperatura alteram a a nidade da ligação ao oxigênio da hemoglobina. Mudanças na a nidade da ligação são re das por mudanças na forma da curva de dissociação da HbO 2. A temperatura, o ph sanguíneo, a PCO 2 e a quantidade de BPG (2,3-bifosfoglicerato) no sangue in uenciam a saturação da hemoglobina para um determinado valor da PO 2. O BPG, que se liga reversivelmente com a hemoglobina, é produzido pelos eritrócitos enquanto quebram glicose através do metabolismo anaeróbio chamado de glicólise. Todos estes fatores in uenciam a saturação da hemoglobina por modificarem a sua estrutura tridimensional e, consequentemente, a sua afinidade pelo O 2. De um modo geral, um aumento da temperatura, da PCO 2, da concentração de H + (diminuição do ph - acidose) no sangue ou elevados níveis de BPG no sangue diminuem a afinidade da Hb pelo O 2 e provocam o desvio para a direita da curva de dissociação de oxigêniohemoglobina (o desvio para a direita representa uma diminuição da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio). Estes fatores aumentam o descarregamento (liberação) de oxigênio da Hb no sangue. Inversamente, a diminuição de qualquer um destes fatores aumenta a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e desvia a curva de dissociação para a esquerda (em outras palavras, inversamente, quando estes fatores mudam na direção oposta, a a nidade da ligação aumenta e a curva se desloca para a esquerda). 61

62 Tem sido demonstrado que a produção de 2,3-DPG aumenta durante condições hipóxicas crônicas, desviando a curva de dissociação para a direita e permitindo que mais oxigênio seja liberado da hemoglobina em uma determinada PO 2. Níveis muito baixos de 2,3-DPG desviam a curva para a esquerda, como mostrado na gura. Isso signi ca que a diminuição de 2,3-DPG no sangue di culta a liberação de oxigênio. 62

63 Se prestarmos atenção no que estes fatores têm em comum, veremos que todos devem estar aumentados nos capilares sistêmicos onde o obje vo é liberar o oxigênio. Conforme as células metabolizam a glicose e utilizam O 2, elas liberam CO 2, que aumenta a PCO 2 e os níveis de H + no sangue capilar. Tanto a diminuição do ph sanguíneo (acidose) quanto o aumento da PCO 2 enfraquecem a ligação Hb-O 2, um fenômeno chamado de efeito Bohr. Como resultado, a dissociação do oxigênio da hemoglobina é maior onde for mais necessário. Adicionalmente, a geração de calor é um produto da vidade metabólica e os tecidos vos em geral estão mais aquecidos do que os menos ativos. O aumento da temperatura afeta a afinidade da hemoglobina pelo O 2 tanto diretamente quanto indiretamente (através da sua in uência sobre o metabolismo dos eritrócitos e na síntese de BPG). Cole vamente, estes fatores corroboram com o princípio de que a Hb libera muito mais O 2 nos arredores dos tecidos mais ativos. 63

64 O sistema respiratório também é uma fonte signi ca va de perda de água e calor do corpo. Essas perdas devem ser balanceadas usando compensações homeostáticas. 64

65 Assim, a geração de calor é um produto da vidade metabólica e os tecidos vos em geral estão mais aquecidos do que os menos ativos. O aumento da temperatura afeta a afinidade da hemoglobina pelo O 2 tanto diretamente quanto indiretamente (através da sua in uência sobre o metabolismo dos eritrócitos e na síntese de BPG). Cole vamente, estes fatores corroboram com o princípio de que a Hb libera muito mais O 2 nos arredores dos tecidos mais ativos. 65

66 O fornecimento inadequado de oxigênio aos tecidos é chamado de hipóxia, independentemente da causa. Esta condição é observada mais facilmente em pessoas claras, pois a pele e a mucosa apresentam um aspecto azulado (tornam-se cianó cos) quando a saturação da hemoglobina cai abaixo de 75%. Em indivíduos com pele escura, esta alteração de cor pode ser observada apenas nas mucosas e nas unhas. A seguir estão descritas as classi cações da hipóxia de acordo com as suas causas: 1. Hipóxia anêmica indica pobre fornecimento de O 2 como resultado da menor quan dade de eritrócitos ou que contêm hemoglobinas anormais ou muito pequenas. 2. Hipóxia isquêmica (estagnada) ocorre quando a circulação sanguínea está prejudicada ou bloqueada. A insu ciência cardíaca congestiva pode determinar a hipóxia isquêmica generalizada, enquanto êmbolos ou trombos interrompem o fornecimento de oxigênio somente para os tecidos distais à obstrução. 3. Hipóxia histotóxica ocorre quando as células do corpo são incapazes de utilizar O 2 mesmo com quantidades adequadas de fornecimento. Esta classe de hipoxia ocorre como consequência de envenenamento metabólico, como o cianeto. 4. Hipóxia hipoxêmica é determinada pela redução da PO 2 arterial. As possíveis causas incluem alterações ou anormalidades na razão ven lação-perfusão, doenças pulmonares que prejudicam a ven lação e um ar contendo quantidades escassas de O 2. O envenenamento por monóxido de carbono (CO) é um exemplo pico de hipóxia hipoxêmica e uma importante causa de morte em casos de incêndio. O monóxido de carbono (CO) é um gás com mínimo odor e cor, que compete vigorosamente com o O 2 pelos sí os de ligação no grupo heme das hemoglobinas. Além disso, como a afinidade da Hb pelo CO é 200 vezes superior à afinidade pelo oxigênio, o CO sempre vence na compe ção pelo grupo heme. Assim, mesmo com mínimas pressões parciais, o monóxido de carbono pode deslocar o oxigênio da hemoglobina. O envenenamento com CO é par cularmente perigoso, pois não demonstra os sinais característicos da hipóxia-cianose e angú a respiratória, apesar da ví ma apresentar confusão mental e dor de cabeça latejante. Em casos raros, a pele clara se torna vermelho cereja (cor do complexo Hb-CO), o que pode ser interpretado de forma errada como um rubor saudável. A terapia hiperbárica, quando disponível, pode ser utilizada no tratamento do envenenamento por CO, ou se utiliza O 2 a 100% até que o CO seja eliminado do organismo. 66

67 FIO 2 = fração inspirada de oxigênio A hipoxia hipóxica refere-se às condições nas quais a PO 2 arterial encontra-se anormalmente baixa. Devido à quan dade de oxigênio que irá combinar-se com a hemoglobina determinada principalmente pela PO 2, tais condições podem levar a uma redução na liberação de oxigênio para os tecidos, no caso de re exos ou outras respostas não serem capazes de aumentar adequadamente o débito cardíaco ou a concentração de hemoglobina no sangue. Condições que causam baixa PO 2 alveolar inevitavelmente levam a uma redução na PO 2 arterial e no conteúdo de oxigênio, pois a PO 2 alveolar determina o limite superior da PO 2 arterial. A hipoven lação causa tanto hipoxia alveolar como hipercapnia(co 2 aumentado). OBS.: A administração de concentrações elevadas de oxigênio no gás inspirado pode aliviar a hipoxia arterial e alveolar na hipoven lação e nas subidas a al tudes elevadas, mas não pode reverter a hipercapnia da hipoven lação. Na verdade, a administração de uma FIO2 aumentada a pacientes que estão hipoven lando devido a uma redução da resposta central ao dióxido de carbono, mas respirando espontaneamente, pode deprimir ainda mais a ven lação. 67

68 O dióxido de carbono é um subproduto da respiração celular. Assim, o transporte de gases no sangue inclui a remoção de dióxido de carbono das células, bem como a entrega de oxigênio para as células. A solubilidade do CO 2 no sangue é cerca de 20 vezes a do O 2 ; portanto, consideravelmente mais CO 2 do que O 2 está presente na forma dissolvida considerando pressões parciais iguais. Entretanto, as células produzem muito mais CO 2 do que pode dissolver-se no plasma. Assim, o sangue transporta o CO 2 dos tecidos para os pulmões sob três formas: apenas cerca de 7-10% do CO 2 transportado pelo sangue venoso são dissolvidos no sangue. Os 90-93% restantes difundem-se para os eritrócitos, onde aproximadamente 70% são conver dos no íon bicarbonato, e pouco mais de 20% (~23%) ligam-se à hemoglobina (Hb-CO 2 ). Nesta forma, o CO 2 é carregado nos eritrócitos como carbaminoemoglobina. 68

69 Esta reação é rápida e não requer um catalisador. A associação e a dissociação do CO 2 com a hemoglobina são diretamente influenciadas pela PCO 2 e pelo grau de oxigenação da hemoglobina. O dióxido de carbono rapidamente se dissocia da hemoglobina nos pulmões, onde a PCO 2 do ar alveolar está mais baixa que a do sangue. O dióxido de carbono é ligado à hemoglobina ao sair dos tecidos, onde a PCO 2 é mais alta do que a do sangue. Como o dióxido de carbono se liga diretamente aos aminoácidos da globina (e não ao grupo heme), o seu transporte não compete com o mecanismo de transporte do oxigênio na hemoglobina. No entanto, a hemoglobina desoxigenada se combina mais rapidamente com o dióxido de carbono do que a hemoglobina oxigenada. Assim, a ligação de O 2 à hemoglobina reduz sua afinidade pelo CO 2. O efeito Haldane refere-se à capacidade aumentada da hemoglobina desoxigenada ligar e carrear CO 2. O efeito Haldane permite ao sangue captar mais dióxido de carbono dos tecidos, onde existe mais desoxiemoglobina, e liberar mais dióxido de carbono nos pulmões, onde existe mais oxiemoglobina. Consequentemente, o sangue venoso transporta mais CO 2 que o sangue arterial, a captação de CO 2 é facilitada nos tecidos, e a liberação de CO 2 é favorecida nos pulmões. 69

70 Quando o CO 2 se difunde para os eritrócitos, ele se combina com a água, formando ácido carbônico (H 2 CO 3 ), devido à presença da anidrase carbônica. O H 2 CO 3 é instável e rapidamente se dissocia em íons hidrogênio (H + ) e íons bicarbonato (HCO 3 ). Apesar desta reação também acontecer no plasma, ela é milhares de vezes mais rápida nos eritrócitos pela presença da anidrase carbônica, uma enzima que reversivelmente catalisa a conversão do dióxido de carbono e água a ácido carbônico. OH + é tamponado (neutralizado), principalmente pela hemoglobina, enquanto o HCO 3 difunde-se rapidamente para o plasma. 70

71 Íons hidrogênio: Os íons H + liberados pela dissociação do ácido carbônico e pela formação de compostos carbamínicos ligam-se a resíduos de aminoácidos específicos nas cadeias da globina, diminuindo a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e facilitando a liberação de oxigênio da hemoglobina (o efeito Bohr). Assim, o descarregamento do O 2 é es mulado pela ligação do CO 2 na Hb. Devido ao efeito de tamponamento da Hb, o H + produzido causa pouca alteração do ph sanguíneo em condições de repouso. Portanto, o sangue se torna ligeiramente mais ácido (o ph diminui de 7,4 para 7,34) conforme flui pelos tecidos. Íons bicarbonato: Uma vez gerado, o HCO 3 é movido rapidamente dos eritrócitos para o plasma, onde será transportado até os pulmões. Para contrabalançar o rápido efluxo destes ânions a par r dos eritrócitos, íons cloreto (Cl ) são movidos do plasma para o interior dos eritrócitos. Este mecanismo de trocas iônicas, chamado de desvio do cloreto, ocorre por difusão facilitada, sendo mediado pelo trocador aniônico 1 (AE1, do inglês anion exchanger 1; também chamado de Banda 3), uma importante proteína de membrana da hemácia. Como consequência desse desvio de cloreto, o conteúdo de Cl das hemácias no sangue venoso é significantemente maior que o do sangue arterial. Repare que, para cada molécula de CO 2 adicionada a uma hemácia, há um aumento de uma par cula osmo camente va na célula ou de HCO 3 ou de Cl. Consequentemente, há movimento de água para as hemácias, que aumentam de volume. Por este mo vo, além do fato de uma pequena quan dade de líquido no sangue arterial retornar por via linfática em vez de pelas veias, o hematócrito do sangue venoso normalmente é 3% superior ao do sangue arterial. 71

72 A quan dade de dióxido de carbono transportada no sangue é consideravelmente afetada pelo grau de oxigenação do sangue. Quando o oxigênio se liga à hemoglobina, o dióxido de carbono é liberado (o efeito Haldane) aumentando o transporte de CO 2. Assim, quanto menores a PO 2 e a saturação de hemoglobina com oxigênio, maior a quantidade de CO 2 que poderá ser transportada no sangue. Este fenômeno, conhecido como efeito Haldane, reflete a maior habilidade da hemoglobina em formar carbaminoemoglobina e de tamponar H +, quando está na forma reduzida. Conforme penetra a circulação sanguínea sistêmica, o CO 2 es mula a dissociação de mais oxigênio da Hb (efeito Bohr), o que permite que mais CO 2 se combine com a Hb e, assim, que mais HCO 3 seja formado (efeito Haldane). Na circulação pulmonar, a situação e inversa, isto é, a ligação do O 2 facilita a liberação do CO 2. Enquanto a Hb se torna saturada com O 2,osH + liberados combinam com o HCO 3, ajudando a eliminação do CO 2 tanto nos tecidos quanto nos pulmões. OBS.: Os efeitos Bohr e Haldane são explicados pelo fato de que a desoxiemoglobina é um ácido mais fraco do que a oxiemoglobina; ou seja, a desoxiemoglobina aceita mais prontamente o íon hidrogênio liberado pela dissociação do ácido carbônico, permi ndo então que mais dióxido de carbono seja transportado na forma de íon bicarbonato. Isto é referido como o desvio iso-hídrico. Da mesma forma, a associação dos íons hidrogênio com os aminoácidos da hemoglobina diminui a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio. 72

73 Eritrócito s= hemácias (glóbulos vermelhos do sangue). 73

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75 AC= anidrase carbônica Nos pulmões, ocorre o processo inverso. Conforme o sangue é movido através dos capilares pulmonares, sua PCO 2 diminui de 45 para 40 mmhg. Para que isso ocorra, o CO 2 deve primeiro retornar a par r da sua forma de bicarbonato. Assim, o bicarbonato que está no plasma penetra novamente os eritrócitos (e os cloretos voltam para o plasma), se liga com o H + para formar ácido carbônico, que em seguida é clivado pela anidrase carbônica para liberar CO 2 e água. Este CO 2, juntamente com o liberado da hemoglobina e o dissolvido no plasma, se difunde do sangue para os alvéolos, a favor de seu gradiente de pressão parcial. 75

76 Figura: (a) Trocas gasosas nos tecidos. O CO 2 é transportado principalmente como íon bicarbonato (HCO 3 ) no plasma (70%); menores quan dades são transportadas ligadas à hemoglobina (indicado como HbCO 2 ) nos eritrócitos (22%) ou em solução no plasma (7%). Quase todo o O 2 transportado no sangue está ligado à Hb como oxiemoglobina (HbO 2 ) nos eritrócitos. Pequenas quan dades (aproximadamente 1,5%) estão dissolvidas no plasma. (A hemoglobina reduzida ou desoxiemoglobina está representada por HHb.). O tamanho rela vo das setas indica a proporção da quantidade de O 2 e CO 2 sob diferentes formas de transporte. 76

77 Figura: (b) Trocas gasosas nos pulmões. O tamanho rela vo das setas indica a proporção da quantidade de O 2 e CO 2 sob diferentes formas de transporte. 77

78 Um ácido pode ser de nido simplesmente como uma substância que pode doar um íon hidrogênio (um próton) para outra substância, e uma base como uma substância que pode aceitar um íon hidrogênio de outra substância. Um ácido forte é uma substância que é completamente (ou quase) dissociada em um íon hidrogênio e o seu correspondente, ou base conjugada, em uma solução aquosa diluída. Já um ácido fraco é apenas levemente ionizado em uma solução aquosa. O ph do sangue arterial encontra-se normalmente próximo a 7,4, sendo considerados normais valores dentro da faixa de 7,35 a 7,45. Um ph arterial (pha) menor que 7,35 é considerado uma acidemia; um pha maior do que 7,45 é considerado uma alcalemia. A condição básica caracterizada pela retenção de íons hidrogênio ou pela perda de bicarbonato ou outras bases é referida como acidose; a condição básica caracterizada pela perda de íons hidrogênio ou pela retenção de bases é referida como alcalose. Em condições patológicas, observa-se que os extremos do ph do sangue arterial podem variar de 7,8 até 6,9. A escala de ph é inver da pelo sinal nega vo, e é também logarítmica, de acordo com sua de nição. Um aumento no ph representa uma diminuição na concentração de íons hidrogênio. 78

79 A principal fonte de ácidos no sangue em condições normais é o metabolismo celular. Como visto anteriormente, o CO 2 formado pelo metabolismo nos tecidos se difunde para os eritrócitos e se combina com a água, formando ácido carbônico (H 2 CO 3 ), devido à presença da anidrase carbônica. Como o H 2 CO 3 é instável, rapidamente se dissocia em íons hidrogênio (H + ) e íons bicarbonato (HCO 3 ). Visto que a maior parte do CO 2 é excretada nos pulmões e as pequenas quantidades do H + remanescente são excretadas pelos rins, os sistemas respiratório e renal são responsáveis por manter o equilíbrio dos ácidos e das bases no corpo. 79

80 Um tampão químico é um sistema com um ou mais componentes que age para evitar alterações no ph quando é adicionado um ácido forte ou uma base forte. Eles fazem isso ligando-se ao H + sempre que o ph diminui, e liberando H + quando o ph aumenta. Os três principais sistemas-tampão químicos do corpo são o bicarbonato, o fosfato e o proteico. Qualquer fator que gere uma modi cação na concentração de H + em um compar mento líquido simultaneamente gera uma modi cação nos demais fatores. Assim, os sistemastampão atuam uns em relação aos outros, para que qualquer mudança no ph seja evitada pelo sistema-tampão como um todo. 80

81 O sistema-tampão bicarbonato é uma mistura de ácido carbônico (H 2 CO 3 ) e seu sal, o bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ), na mesma solução. Embora ele também tampone o LIC, esse sistema é o único tampão importante do LEC. O ácido carbônico, um ácido fraco, não se dissocia totalmente em uma solução neutra ou ácida. Assim, quando um ácido forte como o HCl é adicionado a esse sistema-tampão, grande parte do ácido carbônico permanece intacto. Entretanto, os íons bicarbonato do sal agem como bases fracas e capturam os H + liberados pelo ácido forte (HCl), formando mais ácido carbônico. Como o HCl é conver do ao ácido fraco H 2 CO 3, ele acaba diminuindo apenas levemente o ph da solução. Quando uma base forte como o hidróxido de sódio (NaOH) é adicionada à mesma soluçãotampão, uma base fraca como o bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ) não se dissocia em condições alcalinas e, assim, não contribui para o aumento do ph. Entretanto, as bases adicionadas forçam o ácido carbônico a se dissociar mais, doando mais H + que capturam os OH liberados pela base forte. O resultado nal é a subs tuição de uma base forte (NaOH) por uma fraca (NaHCO 3 ), para que o ph da solução aumente pouco. Embora o sal de bicarbonato nesse exemplo seja o bicarbonato de sódio, outros sais de bicarbonato funcionam da mesma forma, pois é o HCO 3 o íon importante, e não o cá on que está ligado a ele. Nas células, onde há pouco Na +, os bicarbonatos de potássio e magnésio são partes do sistema-tampão bicarbonato. O poder de tamponamento desse po de sistema é diretamente relacionado às concentrações das substâncias-tampa o. Assim, se entram ácidos no sangue a uma velocidade tão alta que todos os íons HCO 3 disponíveis, geralmente referidos como reserva alcalina, são ligados, o sistematampão se torna ine ciente e o ph do sangue se modi ca. A concentração do íon bicarbonato no sangue é normalmente cerca de 25 meq/l, sendo precisamente regulada pelos rins. A concentração de H 2 CO 3 é um pouco superior a 1 meq/l, mas o suprimento de ácido carbônico (que provém do CO 2 liberado durante a respiração celular) é pra camente ilimitado; assim, a obtenção desse componente do tampão normalmente não representa problema. A quan dade de ácido carbônico no sangue está sujeita ao controle respiratório. 81

82 O funcionamento do sistema-tampão fosfato é pra camente idê co ao do tampão bicarbonato. Os componentes do sistema fosfato são os sais de sódio do fosfato de diidrogênio (H 2 PO 4 ) e do fosfato de monoidrogênio (HPO 4 2 ). O NaH 2 PO 4 age como um ácido fraco. O Na 2 HPO 4, com um átomo de hidrogênio a menos, age como uma base fraca. Novamente, os H + liberados pelos ácidos fortes são capturados pelos ácidos fracos, e as bases fortes são convertidas em bases fracas (vide equações). Como o sistema-tampão fosfato está presente em baixas concentrações no LEC (aproximadamente um sexto da quan dade de tampão bicarbonato), ele tem pouca importância no tamponamento do plasma sanguíneo. Entretanto, ele é um tampão muito e caz na urina e no LIC, onde as concentrações de fosfato são normalmente altas. 82

83 *O R (das equações) indica o restante da molécula orgânica, que contém muitos átomos. As proteínas no plasma e nas células são as fontes mais abundantes e poderosas de tampões no corpo, cons tuindo o sistema-tampão proteico. De fato, pelo menos três quartos de todo o poder de tamponamento dos líquidos corporais residem nas células, e a maior parte deste re ete a vidade de tamponamento das proteínas intracelulares. As proteínas são polímeros de aminoácidos. Alguns dos aminoácidos ligados possuem grupos de átomos expostos chamados de grupos dos ácidos orgânicos (carboxila, COOH), os quais se dissociam para liberar H + quando o ph começa a aumentar. Outros aminoácidos possuem grupos expostos que podem agir como bases e capturar osh +. Por exemplo, um grupo NH 2 exposto pode se ligar com íons hidrogênio, tornandose NH 3+. Como essa reação remove íons hidrogênio livres da solução, ela evita que a solução se torne muito ácida. Consequentemente, uma única molécula proteica pode funcionar, reversivelmente, como ácido ou base, dependendo do ph do meio. As moléculas com essa capacidade são chamadas de moléculas anfotéricas. 83

84 A hemoglobina dos eritrócitos é um excelente exemplo de uma proteína que funciona como um tampão intracelular. Como explicado anteriormente, o CO 2 liberado pelos tecidos forma o H 2 CO 3, que se dissocia para liberar H + e HCO 3 no sangue. Enquanto a hemoglobina está liberando o oxigênio, ela se torna hemoglobina reduzida, a qual carrega uma carga negativa. Como os H + rapidamente se ligam aos ânions da hemoglobina, as modi cações no ph são minimizadas. Nesse caso, o ácido carbônico, um ácido fraco, é tamponado por um ácido ainda mais fraco, a hemoglobina. 84

85 Os desvios de ácidos e bases no sangue são controlados principalmente por três tampões principais no sangue: (1) proteínas, (2) hemoglobina e (3) sistema ácido carbônico-bicarbonato (sistema tampão bicarbonato). O principal tampão que neutraliza os íons hidrogênio é o tampão bicarbonato. Outro importante tampão é a hemoglobina, que contribui com o tamponamento do íon hidrogênio gerado pela reação da anidrase carbônica. As proteínas plasmá cas também são tampões efetivos, pois tanto suas carboxilas livres quanto seus grupos amina livres se dissociam. 85

86 A regulação do equilíbrio ácido-base pelo sistema respiratório é um sistema-tampão siológico. Embora esse sistema-tampão atue de forma mais lenta do que os sistemastampão químicos, ele possui quase duas vezes mais poder de tamponamento que todos os tampões químicos do corpo combinados, pois o suprimento de ácido carbônico (que provém do CO 2 liberado durante a respiração celular) é praticamente ilimitado. Tipicamente, o H + liberado durante a dissociação do ácido carbônico é tamponado pela hemoglobina (Hb) ou por outras proteínas presentes no interior dos eritrócitos ou mesmo no plasma. O HCO 3 gerado nos eritrócitos se difunde para o plasma, onde atua como um componente da reserva alcalina do sistema de tamponamento sanguíneo ácido carbônico-bicarbonato. 86

87 O sistema de tamponamento ácido carbônico-bicarbonato é um sistema muito importante de resistência contra modi cações do ph sanguíneo. Por exemplo, se a concentração de íons hidrogênio no sangue aumentar, o excesso de H + é removido pela combinação com o HCO 3 para formar ácido carbônico (uma ácido fraco que se dissocia pouco em phs ácidos ou siológicos). Se a concentração de H + cair abaixo dos níveis desejados no sangue, o ácido carbônico se dissocia liberando novamente os íons hidrogênio, baixando o ph. 87

88 Modi cações da frequência e da amplitude respiratória podem produzir drá cas mudanças do ph sanguíneo, alterando a quan dade de ácido carbônico no sangue. Ven lações super ciais levam ao acúmulo de CO 2 no sangue. Como consequência, os níveis de ácido carbônico aumentam e o ph sanguíneo diminui. Inversamente, ven lações profundas rapidamente eliminam o CO 2 do sangue, reduzindo os níveis de ácido carbônico e aumentando o ph sanguíneo. Assim, a ven lação respiratória pode fornecer um sistema ágil de ajuste do ph do sangue (e PCO 2 ) quando ocorre qualquer distúrbio por fatores metabólicos. Os ajustes respiratórios exercem uma importante função no controle do equilíbrio ácido-base do sangue, como discutido na aula sobre regulação da respiração. 88

89 Um distúrbio no ph de origem respiratória resulta de alguma falha do sistema respiratório em realizar o controle normal do ph. A pressão parcial de dióxido de carbono (PCO 2 ) é o indicador mais importante da função respiratória. Quando a função respiratória está normal, a PCO 2 varia entre 35 e 45 mmhg. Falando de forma geral, valores mais altos indicam acidose respiratória e valores mais baixos indicam alcalose respiratória. 89

90 A acidose respiratória é a causa mais comum de desequilíbrio ácido-base. Ela ocorre com mais frequência quando uma pessoa respira super cialmente ou quando a troca gasosa está prejudicada por doenças como pneumonia, brose cí ca ou en sema. Sob essas condições, o CO 2 se acumula no sangue. Assim, a acidose respiratória é caracterizada pela queda no ph e pelo aumento na PCO 2 do sangue. A alcalose respiratória ocorre quando o dióxido de carbono é eliminado do corpo de forma mais rápida do que é produzido, fazendo com que o sangue se torne mais alcalino. Isso se chama hiperven lação. Enquanto a acidose respiratória é frequentemente associada a patologias do sistema respiratório, a alcalose respiratória em geral ocorre devido a estresse ou dor. 90

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92 Um distúrbio no ph de origem metabólica inclui todas as anormalidades no equilíbrio ácido-base exceto aquelas causadas por muito ou pouco dióxido de carbono no sangue. Os níveis de íons bicarbonato no sangue abaixo ou acima de uma faixa normal de 22 a 26 meq/l indicam um desequilíbrio ácido-base metabólico. 92

93 A segunda causa mais comum de desequilíbrio ácido-base, a acidose metabólica, é reconhecida por baixo ph e baixos níveis de HCO 3 no sangue. As causas mais comuns de acidose metabólica são ingestão de muito álcool (o qual é metabolizado a ácido acético) e perda excessiva de HCO 3, como o que pode ocorrer durante uma diarreia persistente. Outras causas são o acúmulo de ácido lá co durante exercício ou choque, a cetose que ocorre em diabéticos e no jejum prolongado e, raramente, a insu ciência renal. A alcalose metabólica, indicada por um aumento no ph e nos níveis de HCO 3 no sangue, é muito menos comum do que a acidose metabólica. As causas mais comuns são o vômito dos conteúdos ácidos do estômago (ou a perda desta secreção devido à aspiração gástrica) e a ingestão de um excesso de bases (p. ex., an ácidos). 93

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95 Os limites vitais absolutos do ph do sangue são no mínimo 7,0 e no máximo 7,8. Quando o ph do sangue cai abaixo de 7,0, o sistema nervoso central (SNC) é tão deprimido que a pessoa entra em coma e a morte pode ocorrer. Quando o ph do sangue aumenta acima de 7,8, o sistema nervoso ca superexcitado, levando a sinais característicos como tetania muscular, nervosismo extremo e convulsões. A morte frequentemente resulta de uma parada respiratória. 95

96 Quando um desequilíbrio ácido-base é devido ao funcionamento inadequado de um dos sistemas-tampão siológicos (os pulmões ou os rins), o outro sistema tenta compensar. O sistema respiratório é responsável pela compensação dos desequilíbrios ácido-base metabólicos, e os rins (embora de forma muito mais lenta) trabalham para corrigir os desequilíbrios gerados por doenças respiratórias. Essas compensações respiratórias e renais podem ser reconhecidas pelas modi cações na PCO 2 e na concentração de íon bicarbonato no plasma. Como as compensações agem para restaurar o ph normal do sangue, o ph pode estar na faixa normal mesmo que o paciente tenha um problema de saúde significativo. Compensações respiratórias. Via de regra, modi cações na frequência e na amplitude respiratórias cam evidentes quando o sistema respiratório está tentando compensar um desequilíbrio ácido-base metabólico. Na acidose metabólica, a frequência e a amplitude respiratórias são aumentadas um sinal de que os centros respiratórios foram es mulados pelos altos níveis de H +. O ph do sangue está baixo (abaixo de 7,35) e os níveis de HCO 3 estão abaixo de 22 meq/l. Quando o sistema respiratório elimina o CO 2 para livrar o sangue do excesso de ácido, a PCO 2 cai abaixo de 35 mmhg. Por outro lado, na acidose respiratória, a frequência respiratória geralmente ca diminuída, sendo a causa imediata da acidose (com algumas exceções, como na pneumonia ou no en sema, em que a troca gasosa está prejudicada). A compensação respiratória para a alcalose metabólica envolve uma respiração lenta e superficial, o que permite que o CO 2 se acumule no sangue. Quando uma alcalose metabólica está sendo compensada pelos mecanismos respiratórios, evidencia-se um ph acima de 7,45 pelo menos inicialmente, níveis elevados de bicarbonato (acima de 26 meq/l) e uma PCO 2 acima de 45 mmhg. Compensações renais. Quando o desequilíbrio ácido-base é de origem respiratória, os mecanismos renais são acionados para corrigir esse distúrbio. Por exemplo, um indivíduo com hipoven lação irá apresentar acidose. Quando a compensação renal estiver ocorrendo, tanto a PCO 2 como os níveis de HCO 3 estarão aumentados. A alta PCO 2 é a causa da acidose, e o aumento nos níveis de HCO 3 indicam que os rins estão retendo bicarbonato para contrabalançar a acidose. Por outro lado, uma pessoa com compensação renal para uma alcalose respiratória irá apresentar um alto ph no sangue e uma baixa PCO 2. Os níveis de íon bicarbonato começam a cair à medida que os rins eliminam mais HCO 3 do sangue, pela diminuição na recuperação ou pela secreção ativa de HCO 3. Note que os rins não conseguem compensar uma alcalose ou uma acidose se essa condição refletir um problema renal. 96

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