PRINCÍPIO FÍSICO E TRANSPORTE DOS GASES

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1 PRINCÍPIO FÍSICO E TRANSPORTE DOS GASES Prof. Me Tatiane Quaresma

2 O sangue tem várias funções, entre as quais o transporte de gases respiratórios essenciais ao funcionamento do nosso organismo. O2 das superfícies respiratórias até às células CO2 dissolvido no plasma e também ligado às hemácias.

3 As trocas gasosas podem estabelecer-se diretamente entre o meio externo e as células, sem intervenção de um fluido de transporte, por difusão direta. Quando há intervenção de um fluido circulante, diz-se haver uma difusão indireta; (hematose) Para além do transporte em solução, os gases podem ligar-se a pigmentos respiratórios, como a hemoglobina.

4 As superfícies respiratórias: - são superfícies úmidas, o que permite a dissolução dos gases, necessária à sua difusão; - são superfícies finas, constituídas apenas por uma camada de células epiteliais; - são superfícies vascularizadas, no caso da difusão indireta; - possuem uma área grande relativamente ao volume dos órgãos em que se situam.

5 Dentro da Difusão direta, há um tipo de hematose: Hematose Traqueal: O sistema respiratório é constituído por um conjunto de canais - traquéias - que se vão ramificando até se encontrarem em contacto com as células, onde ocorrem as trocas gasosas. O oxigênio difunde-se diretamente através das traquéias sem intervenção de um sistema de transporte; esta difusão permite elevadas taxas metabólicas. Exemplos: O gafanhoto e outros insetos.

6 Na Difusão indireta, pode-se considerar três tipos de hematose: Hematose Cutânea Os gases difundem-se entre a superfície do corpo do animal e o sangue. A ocorrência da hematose cutânea é possível graças à abundante vascularização existente por debaixo da superfície da pele e à manutenção da umidade na superfície do corpo - tegumento. Exemplos: A minhoca e a rã, em que este tipo de hematose complementa a hematose pulmonar nos adultos.

7 Hematose Branquial Nas lamelas (filamentos existentes nas brânquias) o sangue circula em sentido oposto ao da passagem da água. Este mecanismo de contracorrente garante o contato do sangue, progressivamente mais risco em oxigênio, com a água, cuja pressão parcial de oxigênio é sempre superior àquela que existe no sangue. Disso resulta a manutenção de um gradiente que assegura a difusão até valores próximos da saturação da hemoglobina do sangue dos peixes.

8 Hematose pulmonar Ocorre nos pulmões, constituído por uma rede de tubos que terminam nos alvéolos pulmonares. Estas vias (fossas nasais, faringe, laringe, traquéia e brônquios) permitem não só o trajeto do ar nos dois sentidos, mas também o progressivo aquecimento do ar e a retenção de partículas em suspensão contidas no ar.

9 SISTEMA RESPIRATÓRIO

10 SISTEMA RESPIRATÓRIO

11 Os pulmões são elásticos e constituídos por milhões de alvéolos, que garantem uma área de hematose várias vezes superior à da superfície do corpo. Esta superfície respiratória, recoberta de muco, está separada do sangue apenas pela fina membrana dos capilares sanguíneos. Podemos dizer que é aqui que ocorrem as trocas de O 2 e CO 2 : o CO 2 passa do sangue para o interior do alvéolo, e o O 2 passa do alvéolo para o interior dos vasos sanguíneos.

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13 Os gases deslocam-se pelo organismo transportados por um fluido circulante (sangue ou hemolinfa), que geralmente contém pigmentos respiratórios que tornam o transporte mais eficiente. Os pigmentos respiratórios são moléculas complexas, formadas por proteínas e íons metálicos, que lhes confere uma cor característica.

14 Tais moléculas ligam-se aos gases para transportá-los e são consideradas boas transportadoras, pois se ligam a ele quando a quantidade do gás for elevada e se desprendem rapidamente se a quantidade do gás for baixa. Entre os vários pigmentos conhecidos, a hemoglobina (Hb) é a mais comum e a melhor estudada. Este é o pigmento típico dos vertebrados, embora possam ocorrer em anelídeos, nematóides, moluscos e artrópodes. Nos invertebrados, a Hb encontra-se dispersa no plasma, enquanto nos vertebrados se localiza nos glóbulos vermelhos.

15 Nos mamíferos os eritrócitos são células anucleadas e acredita-se que essas células percam o núcleo para poderem acomodar maior volume de pigmento respiratório.

16 A Hb humana apresenta quatro cadeias peptídicas, duas alfa e duas beta, ligadas a grupos heme. O oxigênio ou o dióxido de carbono podem se ligar ao grupo heme. Assim, cada molécula pode transportar quatro moléculas de oxigênio.

17 Há outros pigmentos respiratórios que podem diferir da Hb pelo metal, pelas cadeias polipeptídicas etc. Mioglobina: encontrada no tecido muscular de vertebrados, incluindo humanos, confere coloração vermelho escuro a esse tecido. Hemocianina: segunda proteína transportadora de oxigênio mais comum na natureza é encontrada no sangue de muitos artrópodes e moluscos. Ao invés de ferro, contem íons cobre o que confere coloração azul quando ligada a oxigênio..

18 MECÂNICA RESPIRATÓRIA Movimento Inspiratório Movimento Expiratório

19 TRANSPORTE DE OXIGÊNIO O oxigênio é transportado pelo sangue sob duas formas: Dissolvido no plasma o O 2 é pouco solúvel na água, portanto, apenas cerca de 2-3% são transportados por esta via; Combinado com a hemoglobina nos glóbulos vermelhos existem 280 milhões de moléculas de hemoglobina, cada uma podendo transportar quatro O 2, ou seja cerca de 97-98% deste gás é transportado pela Hb até ás células.

20 TRANSPORTE DE O 2 PARA OS TECIDOS

21 A ligação da primeira molécula de O 2 a hemoglobina altera a sua conformação, facilitando a ligação das seguintes, ou seja, aumentando a sua afinidade para o O 2. O mesmo acontece com a liberação de uma molécula de O 2 que acelera a liberação das restantes. Por este motivo, a Hb é um transportador tão eficiente.

22 Quando o O 2 está ligado a Hb ela passa a ser chamada de oxiemoglobina (HbO 2 ) e quando este está ausente designa-se desoxiemoglobina ou hemoglobina reduzida. A formação de oxiemoglobina pode ser representada pela reação a seguir. HbH + + O2 _ HbO2 + H + Como essa reação produz íons hidrogênio ela pode ser afetada pelo ph do sangue.

23 A) Se o ph do sangue ficar mais baixo do que o normal (ácido) o excesso de íons H + no sangue forçará um deslocamento da reação, promovendo mais dissociação do que formação de HbO 2. Dessa forma, o fornecimento de O 2 para as células poderá ser prejudicado, já que uma quantidade menor de HbO 2 será formada.

24 B) Se o ph do sangue ficar mais alto do que o normal (alcalino) a redução nos níveis de íons H + no sangue favorecerá a ligação de O 2 com Hb e prejudicando a liberação de O 2 das moléculas de Hb. Isso também prejudica o fornecimento de O 2 para as células, pois durante trocas gasosas nos tecidos o O 2 terá dificuldade em se desprender da Hb.

25 TRANSPORTE DO DIÓXIDO DE CARBONO O CO 2 pode ser transportado no sangue de três modos principais: Dissolvido no plasma devido à baixa solubilidade em água deste gás, apenas 7-8% são transportados por esta via; Combinado com a hemoglobina uma percentagem relativamente baixa, cerca de 11-23%, deste gás reage com a hemoglobina, formando a carbaminoemoglobina (HbCO 2 ); Como íon bicarbonato (HCO 3 -) a maioria das moléculas deslocam-se como este íon, cerca de 70-81%. Naturalmente este processo de reação com a água é lento, mas pode ser acelerado pela enzima dos glóbulos vermelhos anidrase carbônica.

26 Quando a pco 2 é elevado, como nos tecidos, a reação produz ácido carbônico (H 2 CO 3 ), que se ioniza em HCO 3 -. Após a sua rápida formação no interior dos glóbulos vermelhos, o íon difunde-se para o plasma, onde é transportado até aos pulmões. Aí as reações são revertidas e o CO 2 é libertado para os alvéolos.

27 A forma mais comum de transportar CO 2 pode ser representada pela reação química abaixo. CO 2 + H 2 O _ H 2 CO 3 _ HCO H + Como essa reação é uma grande produtora de íons H + ela pode afetar o ph do sangue.

28 Quando, por algum motivo, há uma elevação dos níveis de CO 2 no organismo, há formação de mais íons H + do que o normal. O acúmulo de íons H + reduz o ph do sangue tornandoo ácido (acidose). A acidose pode inclusive afetar o transporte do O 2.

29 Quando, por algum motivo, há uma redução dos níveis de CO 2 no organismo, há formação de menos íons H + do que o normal. A redução de íons H + eleva o ph do sangue tornando-o alcalino (alcalose). A alcalose pode inclusive afetar o transporte do O 2.

30 PH DE BIOSSISTEMAS E ESTRUTURAS NATURAIS Material ph Suco gástrico 1 a 3 Urina 4,8 a 8,0 Suor 4 a 6,8 Saliva 5,8 a 7,1 Fezes 7,1 Esperma 7,2 Bile 6,2 a 8,5 Suco pancreático 7,6 a 8,6 Osteoblastos (intracelular) 8,5

31 Hipoxia DISTÚRBIOS RESPIRATÓRIOS Diminuição da disponibilidade de Oxigênio para as células. Dispinéia É um sentimento psíquico de que é necessário mais ventilação do que a que está ocorrendo. Pneumonia Infecção que faz com que as paredes dos alvéolos fiquem inflamadas e edemaciadas

32 DISTÚRBIOS RESPIRATÓRIOS Edema Pulmonar Preenchimento dos espaços intersticiais dos pulmões e dos alvéolos por líquido. Enfisema Destruição das paredes dos alvéolos. Atelectasia Colapso de todo um pulmão ou de parte dele. Asma Provoca espasmo dos bronquíolos.

33 RENOVAÇÃO ALVEOLAR A velocidade de renovação do ar alveolar pelo ar atmosférico ocorre de maneira muito lenta, pois em um individuo normal após a respiração no final da expiração o volume de ar que permanece no pulmão é de cerca de 2.300ml, todavia apenas 350ml chegam aos alvéolos a cada respiração normal, como conseqüência disso o ar renovado a cada respiração é de apenas 1/7, pois 2300/350 = 0,007.

34 Esta renovação lenta do ar é importante para evitar: Alterações súbitas da concentração de gases no sangue. Evitar o aumento ou diminuição excessiva na oxigenação dos tecidos. Alterações súbitas da concentração de CO 2 tecidual. Alterações excessivas do ph do sangue e tecidos, quando a respiração é interrompida.

35 ACIDOSE RESPIRATÓRIA: causada por uma ventilação ruim, o que aumenta a concentração de CO 2 no sangue que por sua vez diminui o ph do mesmo. Para se compensar 1 tem se os tampões dos líquidos corporais e também os rins necessitam de vários dias para corrigir o problema. ALCALOSE RESPIRATÓRIA: ocorre quando se tem uma ventilação excessiva que eleva o ph do sangue, para se compensar temse os tampões corporais e também os rins.

36 GASOMETRIA ARTERIAL E VENOSA

37 FITAS DE PH

38 1. Quais características as superfícies respiratórias apresentam para facilitar a hematose. 2. Comente sobre a hemoglobina e sua importância para biofísica da respiração. 3. De quais formas o O2 e o CO2 são transportados pelo sangue? 4. Conceitue: a) Hipoxia b) Dispineia c) Pneumotórax d) Edema pulmonar e) Enfisema pulmonar 6. QUAL A IMPORTANCIA DO ph PARA A RESPIRAÇÃO. 7. Diferencie acidose e alcalose respiratoria.

39 PH E TAMPÕES Sendo a água o componente mais abundante nos sistemas biológicos, é de se esperar que a água e seus íons desempenhem um papel muito importante nesses sistemas. A água se dissocia espontaneamente em Hidrogênio (H + ) e hidroxila (OH - ). H 2 O H + + OH - O próton, H +, não existe livre em solução e se combina imediatamente a outra molécula de água: H + + H 2 O H + 3O H + 3O chama-se hidrônio e escreve-se apenas H + O íon OH - é chamado de hidroxila ou oxidrila.

40 O ph é o logaritmo negativo da concentração hidrogeniônica. Quando o ph desce, H + aumenta; Quando o ph sobe, H + diminui. A escala de ph vai de 0 a 14 a 25ºC e 1 atm. Por analogia o poh é o log negativo da concentração de OH - Ph poh

41 Ácido Neutro Alcalino A água pura tem reação neutra, e a 25ºC ph=7. Os seres vivos são extremamente sensíveis as variações de ph do seu meio interno. Na espécie humana, o ph do plasma sanguíneo é 7,42 e variações de ± 0,3 unidades de ph trazem consequências graves, com grande risco de vida.

42 O controle físico do ph é feito através de misturas reguladoras chamadas tampões. O tampão recolhe prótons quando há excesso e fornece prótons quando há falta. Assim o sistema tampão é formado por aceptor de prótons e doador de prótons, operando reversivelmente. O tampão não impede mudanças de ph, mas atenua consideravelmente essas mudanças. As variações nesses sistemas conduzem a condições de acidose e alcalose.

43 PH E TAMPÕES Sendo a água o componente mais abundante nos sistemas biológicos, é de se esperar que a água e seus íons desempenhem um papel muito importante nesses sistemas. A água se dissocia espontaneamente em Hidrogênio (H + ) e hidroxila (OH - ). H 2 O H + + OH - O próton, H +, não existe livre em solução e se combina imediatamente a outra molécula de água: H + + H 2 O H + 3O H + 3O chama-se hidrônio e escreve-se apenas H + O íon OH - é chamado de hidroxila ou oxidrila.

44 O ph é o logaritmo negativo da concentração hidrogeniônica. Quando o ph desce, H + aumenta; Quando o ph sobe, H + diminui. A escala de ph vai de 0 a 14 a 25ºC e 1 atm. Por analogia o poh é o log negativo da concentração de OH - Ph poh

45 Ácido Neutro Alcalino A água pura tem reação neutra, e a 25ºC ph=7. Os seres vivos são extremamente sensíveis as variações de ph do seu meio interno. Na espécie humana, o ph do plasma sanguíneo é 7,42 e variações de ± 0,3 unidades de ph trazem consequências graves, com grande risco de vida.

46 O controle físico do ph é feito através de misturas reguladoras chamadas tampões. O tampão recolhe prótons quando há excesso e fornece prótons quando há falta. Assim o sistema tampão é formado por aceptor de prótons e doador de prótons, operando reversivelmente. O tampão não impede mudanças de ph, mas atenua consideravelmente essas mudanças. As variações nesses sistemas conduzem a condições de acidose e alcalose.

47 CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE O 2 É controlado em 1 lugar pela velocidade de absorção de O 2 pelos capilares. É controlado em 2 lugar pela velocidade da entrada do novo O 2 para os pulmões pelo processo da ventilação.

48 CONCENTRAÇÃO E PRESSÃO DE CO 2 O CO 2 é continuamente formado no organismo, sendo também continuamente liberado nos alvéolos e a partir daí para fora do corpo. A concentração de CO 2 no sangue é muito mais importante que a de O 2. Se o gás for solúvel no líquido (plasma) ele exerce pouca pressão este é o caso do CO 2 que demora a saturar, já o O 2 é muito pouco solúvel em meio líquido saturando mais rapidamente.

49 O CO 2 é resultado da queima da glicose dentro das células, tendo como função reativar o tampão carbônico para a manutenção do ph. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Este tampão tem como finalidade manter a estabilidade do ph, pois: CO 2 H + ph, o que leva a uma acidose. CO 2 H + ph, o que leva a uma alcalose.