UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA OXIGENAÇÃO TECIDUAL

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA OXIGENAÇÃO TECIDUAL Disseração apresenada ao Curso de Pós- Graduação em Engenharia Químia do Cenro Tenológio da Universidade Federal de Sana Caarina, omo requisio parial à obenção do íulo de Mesre em Engenharia Químia. Orienador: Prof. Dr. Leonel Teixeira Pino JANAÍNA KARINE ANDREAZZA Florianópolis, fevereiro de 003

ii AGRADECIMENTOS Meus sineros agradeimenos a odas as pessoas que apoiaram e arediaram no meu rabalho. Ao meu orienador, Prof. Dr. Leonel Teixeira Pino, por oda sua dediação, amizade, paiênia e esímulo durane a realização dese rabalho. À minha mãe e melhor amiga, Carin Kroeger, por onfiar em mim, pelo seu imenso amor sempre dediado, por esar presene em odas as horas. Ao meu pai, Hilário Andreazza, por me proporionar a oporunidade de realizar ese urso e por odo o seu amor. À minha irmã Aline C. Andreazza Nogueira e meu unhado Adriano Nogueira, pelo arinho e aenção. Ao meu grande amor Lourival F. de Oliveira Jr, por esar omigo em odas as horas e por oda sua paixão. À minha oma, Yolanda Kroeger (em memória), por oda sua admiração e por seus sábios onselhos. À minha grande amiga, Crisiana G. de O. Dal Molin, por seus onselhos, inenivos, onversas, disussões e mais do que udo pela pessoa maravilhosa que é. Ao professor Carlos Silvado, pelo inenivo, onribuições para o enriqueimeno do rabalho e por sua pariipação na bana examinadora. Ao professor Dr. José Marino Neo, pela disponibilidade presada e por sua pariipação na bana examinadora. Ao professor Dr. Luismar Marques Poro, por arediar nesa área de pesquisa e por sua pariipação na bana examinadora. Ao professor Dr. Marinho Quadri, pelas onribuições presadas ao rabalho. Ao olega da Coordenadoria de Pós-Graduação em Engenharia Químia, Edivilson, pelo apoio. A Deus, minha graidão eerna.

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iv ÍNDICE NOTAÇÃO...vii RESUMO...ix ABSTRACT...x CAPÍTULO I INTRODUÇÃO...01 CAPÍTULO II - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...03.1. Aspeos fenomenológios...03.1.1. Cirulação sangüínea...03.1.1.1. Sisema respiraório: ar amosfério e alveolar...04.1.1.. Pressão parial do oxigênio...05.1.1.3. Pressão sangüínea arerial...06.1.. Fisiologia sangüínea...06.1..1. Quanidade de sangue neessário para os órgãos...08.1... Fluidos de ranspore...09.1...1. Fluido inersiial...11.1..3. Efeio da inensidade do meabolismo eidual sobre a PO inersiial...1.1.3. Transpore de gases respiraórios...1.1.3.1. Formas que o oxigênio é ransporado no sangue arerial: dissolvido e ligado à Hb...13.1.3.. Uilização de O pelas élulas...14.1.3.3. Gradiene de pressão parial de O...14.1.3.4. Hemaose do gás arbônio...15.1.4. Esruuras da irulação...17.1.4.1. Capilares sangüíneos...19.1.4.. Membrana alvéolo-apilar...1.1.4.3. Membrana enre apilar e eido erebral: barreira hemaenefália...

v.1.5. Fluxo sangüíneo...3.1.5.1. Deerminação do fluxo sangüíneo...3.1.5.. Efeios da inensidade fluxo sangüíneo sobre a PO do líquido inersiial...5.1.5.3. Conrole do fluxo sangüíneo...5.1.5.4. Cirulação erebral (fluxo)...6.1.6. Causas de redução na roa de oxigênio...8.1.6.1. Anemia...8.1.6.. Hipoxia...30.. Reações om o oxigênio...30..1. Hemoglobina omo ransporadora de gases respiraórios...31..1.1. Formas da hemoglobina...33..1.. Relação de quanidade de oxihemoglobina...33..1.3. Afinidade e failiação de oxihemoglobina...35..1.4. Curva de dissoiação...37..1.5. Cinéia da reação O - Hb...38.3. Modelos maemáios...41.4. Conlusão...47 CAPÍTULO III - MODELAGEM MATEMÁTICA...49 3.1. Esruura geomeria uilizada...49 3.. Modelagem maemáia do perfil de oxigênio...5 3..1. Balanço de massa para a oxihemoglobina no apilar...5 3... Balanço de massa para o oxigênio no apilar...53 3..3. Balanço de massa para o oxigênio no eido...56 3..4. Veloidade de reação Hb-O...57 3.3. Condições de onorno para o modelo maemáio...6 3.4. Sínese do modelo maemáio do perfil de oxigênio...64 3.5. Adimensionalização do modelo maemáio...66 3.6. Resolução numéria...69 3.6.1. Méodo das linhas...69

vi 3.6.. Modelo maemáio para o perfil da onenração de O disreizado...69 3.6.3. Fluxograma do programa ompuaional...69 3.7. Conlusão...7 CAPÍTULO IV RESULTADOS E DISCUSSÕES...74 4.1. Dados Iniiais...75 4.. Validação dos dados iniiais om a lieraura...8 4..1. Curva de sauração hemoglobínia...8 4... Influênia da veloidade sangüínea...86 4..3. Resulados numérios da pressão de oxigênio no eido...87 4.3. Conlusão...89 CAPÍTULO V - ESTUDO DE CASOS...91 5.1. Infaro e Isquemia...9 5.. Auoregulação...97 5..1. Tempo de resposa...100 5... empo de relaxação...106 5.3. Conlusão...110 CAPÍTULO VI - CONCLUSÕES E SUGESTÕES...113 CAPÍTULO VII BIBLIOGRAFIA...116

vii NOTAÇÃO A,x área seção ransversal apilar, (m ) A,z área seção normal ao apilar eido, (m ) C Hb onenração de hemoglobina livre, (mol/m 3 ) C HbO onenração da oxihemoglobina, (mol/m 3 ) ar C onenração de oxihemoglobina no sangue de alimenação, HbO (mol HbO /ml) veia C HbO onenração da HbO na veia, (mol HbO /ml) C Hb oal onenração oal de Hb, (mol Hb /ml) C O onenração oxigênio no apilar, (mol/m 3 ) ar C onenração de oxigênio livre no sangue de alimenação, O ar O oal (mol O /ml sangue) C onenração oal de oxigênio no sangue de alimenação, (mol O /ml sangue) C O onenração oxigênio no eido, (mol/m 3 ) C * onenração de oxigênio no eido em equilíbrio om a onenração de O * C O d x 0 z= 0 oxigênio no sangue. = onenração adimensional de oxigênio no eido em equilíbrio om a onenração de oxigênio no sangue de alimenação espessura do eido, (m) D HbO oefiiene difusivo axial HbO, (m /s) D O oefiiene difusivo axial do O no apilar, (m /s) D O oefiiene difusivo normal ao apilar do O no eido, (m /s) k ka kb onsane de veloidade de reação para onsumo de oxigênio no eido erebral, (s -1 ) oefiiene inéio de assoiação hemoglobina-oxigênio oefiiene inéio de dissoiação hemoglobina-oxigênio

viii L n omprimeno do apilar, (m) oefiiene de Hill N HbO fluxo difusivo da oxihemoglobina, (mol/m.s) N = fluxo difusivo de O na inerfae apilar-eido, (mol/m.s) O z 0 N O fluxo difusivo de O no eido, (mol/m.s) P 50 pressão parial de O para sauração hemoglobínia de 50% P O pressão parial de oxigênio, (mmhg) T reação inéia enre Hb-O, mol min.ml sangue v Veloidade do sangue, (m/s) V volume de onrole apilar, (m 3 ) V volume de onrole eido, (m 3 ) x disânia axial do apilar, (m) x z z disânia adimensional axial do apilar disânia, no eido, normal ao apilar, (m) disânia adimensional normal ao apilar no eido y HbO onenração adimensional de oxihemoglobina y O onenração adimensional de oxigênio no apilar y O onenração adimensional de oxigênio LETRAS GREGAS f espessura do apilar, (m) α O Solubilidade do O no sangue, (mol O /ml sangue.mmhg) α O Solubilidade do O no eido, (mol O /ml sangue.mmhg)

ix RESUMO Ese rabalho propõe um modelo maemáio para analisar o proesso ransiene de oxigenação eidual. O modelo onsidera o apilar homogêneo na direção radial, no qual os únios fenômenos que oorrem são a onveção e a difusão axial, a reação reversível enre a hemoglobina e o oxigênio e as roas de oxigênio na inerfae om o eido. Para o eido, além da reação de onsumo de oxigênio pelo meabolismo elular, é onsiderada a difusão na direção normal ao apilar. Os oefiienes inéios da reação Hb-O, ano os de assoiação, quano os de dissoiação, são função da sauração hemoglobínia. Os apilares eiduais são represenados por esruuras paralelas separadas regularmene uma das ouras. O modelo maemáio resulane onsise de um sisema de equações difereniais pariais que é soluionado pelo méodo das linhas, mediane disreização espaial por diferenças finias enrais. O modelo é enão validado por omparação om dados da lieraura, mosrando ser adequado para desrever o omporameno dinâmio da oxigenação eidual. Na seqüênia, ele é uilizado para analisar siuações fisiológias espeiais. Enre esas siuações enonra-se a olusão de uma aréria, ausando uma parada abrupa e praiamene insanânea da irulação sangüínea arerial. Logo após, é proposo um onrolador para auoregulação de suprimeno de oxigênio eidual quando o eido sofre uma perurbação sisêmia.

x ABSTRACT This work a proposal of mahemais model o analyze he ransien of issue oxigenaion. The model onsiders he homogeneous apillary oward radial direion where he unique phenomenous ha ourring are he onveion and axial diffusion, he reversible reaion beween hemoglobin and oxygen, and he inerhanges among he oxygen hrough inerphase wih he issue. For he issue, beside of he reaion of oxygen onsumpion for he ellular meabolism, i is onsidered he diffusion on he normal direion o he apillary. The kinei oeffiiens of HbO reaion, he assoiaion and he disassoiaion oeffiiens, are funion of hemoglobin sauraion. The apillary issues are represened for parallel sruures separaed regularly one o he oher. The resuling mahemaial model onsiss of one sysem of parial differenial equaions ha is solved for lines mehod, by means of disreizing spae for enral finie differenes. Then, he model i is aeped by omparison wih lieraure daa, showing o be adequae o desribe he dynami behavior of issue oxygenaion. On sequene, i is use o analyze speial physiologi siuaions. Among hese siuaions is found an arery olusion oasioning an abrup sopping, jus insananeous of arerial blooding irulaion. Then, afer ha, i is done a proposal of one onroller o regulae oxygen issue supply when he issue endure a sysemai disurbane. Key words: Tissue oxygenaion, reaion, sruures.

1 I. INTRODUÇÃO Para maner a homeosase no orpo humano, o suprimeno de oxigênio pelo sangue preisa ser adequado para saisfazer as neessidades meabólias do eido. Exisem vários meanismos envolvidos na irulação sangüínea, enre eles emos o ranspore difusivo, o onveio, a reação enre o oxigênio e a hemoglobina, e o onsumo de oxigênio no eido pelo proesso meabólio elular. Apenas uma pequena quanidade do oxigênio onido no apilar esá dissolvido no plasma. Aproximadamene 97% dele esá ombinado om a hemoglobina onida nos glóbulos vermelhos, formando a oxihemoglobina. A relação enre a onenração de oxigênio dissolvido no plasma e a quanidade de oxigênio assoiado om a hemoglobina é onsiderada a apaidade que o sangue possui para oxigenação eidual. Ao longo de odo o apilar as hemáias liberam o oxigênio, que por sua vez difunde-se no plasma e enão para denro do eido. No eido o oxigênio difunde-se em odas as direções aravés de diferenes esruuras hisológias. A inéia de liberação de oxigênio em sido muio esudada, ano a nível eório omo a nível experimenal. Nese rabalho em-se uma abordagem ompuaional sobre o omporameno ransiene de um sisema dinâmio, viso que na lieraura exisem diversos esudos referindo-se a ese omporameno em esado esaionário. Como objeivo, é proposo um modelo maemáio fenomenológio, omposo por equações difereniais pariais no apilar e no eido, apaz de prever o omporameno do proesso de oxigenação para o diversos eido em ondições normais e sob ondições adversas, omo asos de defiiênia de oxigenação. Para validar o modelo maemáio proposo nese rabalho, é feia a omparação dos resulados simulados, om dados enonrados na lieraura. O próximo apíulo, apíulo II, oném uma revisão da lieraura raando dos aspeos fenomenológios fundamenais no proesso da irulação sangüínea, inluindo o sisema respiraório, os fluidos de ranspore no organismo e ranspore dos gases respiraórios. Também nese apíulo emos informações a respeio de

alguns modelos maemáios apresenados na lieraura. O apíulo III raz a proposa do modelo maemáio feia nese rabalho, disuindo sua formulação oneiual, as hipóeses envolvidas, a inéia de equilíbrio enre o oxigênio e a hemoglobina, além dos méodos uilizados para a resolução numéria do modelo. Os resulados do modelo proposo e a oimização da onsane de onsumo de oxigênio no eido são apresenados e disuidos no apíulo IV, junamene om a validação do modelo por meio de omparações om dados obidos da lieraura. Já no apíulo V, o modelo é usado para o esudo de dois asos línios, olusão abrupa da irulação por lampeameno e auoregulação do fluxo sangüíneo para aender mudanças brusas no meabolismo elular. Finalmene, o apíulo VI raz as onsiderações finais, junamene om as sugesões para serem realizadas em rabalhos fuuros.

3 II. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O propósio dese apíulo é apresenar uma revisão da lieraura sobre os aspeos fenomenológios do proesso da irulação sangüínea aravés da rede vasular e da reação enre a hemoglobina e o oxigênio. Desreve ambém os modelos maemáios sobre ese assuno enonrados na lieraura..1. Aspeos fenomenológios A função do sisema respiraório é, primeiro, forneer oxigênio para os eidos e, segundo, remover o gás arbônio. O objeivo da respiração é o de promover, de forma onínua, o movimeno de ar para denro e para fora dos alvéolos pulmonares. Será raado nese iem os aspeos fisiológios da respiração humana, inluindo uma desrição do sisema respiraório, ranspore dos gases respiraórios, esruuras da irulação, aspeos bioquímios do sangue, formas de ranspore dos gases respiraórios e defiiênias na oxigenação eidual..1.1. Cirulação sangüínea O fluxo sanguíneo depende da ação da bomba ardíaa e da onveção pelas arérias, veias e apilares. O sangue irula no organismo humano ransporando oxigênio (sangue arerial) dos pulmões para os eidos, onde o oxigênio é liberado nos apilares. Ao reornar dos eidos, o sangue onduz o dióxido de arbono e os demais resíduos do meabolismo elular (sangue venoso) para eliminação deses resíduos aravés da respiração, do suor, da urina ou das fezes.

4.1.1.1. Sisema respiraório: ar amosfério e alveolar O sisema respiraório pode ser represenado, simplifiadamene, por uma membrana om enorme superfíie em que, de um lado exise o ar amosfério e do ouro lado o sangue venoso. Aravés da membrana, oorrem as roas gasosas. A função respiraória se proessa mediane rês aividades disinas, mas oordenadas: a venilação, aravés da qual o ar da amosfera hega aos alvéolos; a perfusão, proesso pelo qual o sangue venoso proedene do oração hega aos apilares dos alvéolos, e a difusão, proesso em que o oxigênio do ar onido nos alvéolos passa para o sangue ao mesmo empo em que o gás arbônio onido no sangue passa para os alvéolos (Lloyd, 1971). A roa gasosa (hemaose) aonee aravés da membrana alveolar, do líquido inersiial onido nos espaços enre alvéolos e apilares, da parede do apilar, do plasma sangüíneo e da membrana dos glóbulos vermelhos. É o sisema respiraório que garane a hemaose enre a amosfera e as élulas, forneendo o oxigênio impresindível à aividade elular e eliminando o dióxido de arbono (CO ) produzido pelo meabolismo elular. O ar amosfério é omposo de 78,6% de nirogênio, 0,84% de oxigênio, 0,04% de dióxido de arbono e 0,5% de vapor d água. O mais imporane para ese rabalho são as quanidades a nível alveolar, onde realmene é feia a roa gasosa, ou seja, 74,9% de nirogênio, 13,6% de oxigênio, 5,30% de dióxido de arbono e 6,% de vapor d água (Lloyd, 1971). O ar, quando passa pelas passagens aéreas, é imediaamene umedeido pelo vapor d água, oriundo dos revesimenos dessas passagens. Esse vapor d água em o efeio de diluir o ar amosfério, o que faz om que as pressões de ouros gases diminuam um pouo. O ar alveolar perde oninuamene oxigênio para o sangue e esse oxigênio é subsiuído pelo gás arbônio, que se difunde do sangue para os alvéolos. Isso explia, porque a pressão parial do oxigênio nos alvéolos é menor que no ar amosfério, omo ambém a maior pressão de dióxido de arbono que no ar amosfério, onde é quase inexisene. Os pulmões êm apaidade sufiiene para oxigenar aé 30 liros de sangue venoso por minuo para suprir o organismo. Como, em ondições normais, apenas 4

5 a 5 liros por minuo irulam pelo oração, verifiamos a grande reserva do pulmão humano para as ondições de exeríio físio (Peire e al., 1971).1.1.. Pressão parial do oxigênio Do sangue que hega ao ário esquerdo vindo do pulmão, era de 98% passaram pelos apilares alveolares, onde foram oxigenados a pono de fiarem om uma pressão parial de oxigênio (PO ) de 104 mmhg. Ouros % vêm direamene da aora aravés da irulação brônquia, que supre prinipalmene os eidos de susenação dos pulmões: esa parela não é exposa ao ar alveolar. Ese fluxo sangüíneo é omposo de sangue shun, ou seja, sangue que não passou pelas áreas onde oorrem as roas gasosas. Ao deixar os pulmões, o sangue shun em uma PO que é aproximadamene igual à do sangue venoso (era de 40 mmhg). Ese sangue ombina-se nas veias pulmonares om o sangue oxigenado proveniene dos apilares alveolares: esa misura de sangues, à qual se dá o nome de misura venosa de sangue, faz om que a PO do sangue bombeado pelo venríulo esquerdo para denro da aora, aia para era de 95 mmhg (Guyon e Hall, 1997). A Figura II.1 mosra a variação da pressão arerial no perurso do sangue ao longo do organismo humano. Figura II.1 Pressão x Cirulação Sisêmia/Pulmonar (Guyon e Hall, 1997)

6.1.1.3. Pressão sangüínea arerial A pressão arerial depende de vários faores: parede da aréria, raio arerial, volume sangüíneo, força de ejeção sisólia dos venríulos e resisênia periféria. O raio do vaso onsiderado em o seu valor deerminado pela lei de Pouiséuille. Na aora, o raio é aproximadamene de 1,3 m e a pressão no seu inerior de 100 mmhg, e ao nível das areríolas o raio é de 4 mirômeros om a pressão de 30 mmhg, ou seja, em proporções, a areríola apresena uma ensão aproximadamene 10.000 vezes maior que a aora, enquano a aora em o raio 3.000 vezes maior que a areríola (Moore, 1999). A parede arerial normal apresena um ero grau de elasiidade variável. A disensibilidade vasular é imporane para maner a pressão arerial quase que inalerada, produzir fluxo sangüíneo onínuo para os eidos e aúmulos de sangue denro das veias..1.. Fisiologia sangüínea O sangue é um eido que oném uma fase líquida, que orresponde ao plasma, e uma fase sólida, que ompreende as élulas sangüíneas que fluuam no plasma. Os elemenos elulares do sangue são: glóbulos vermelhos (eriróios), glóbulos branos (leuóios) e as plaqueas sanguíneas (Figura II.). O plasma é um líquido visoso que oném 90% de água e várias subsânias dissolvidas, enre elas, albumina (4,5%), globulinas (%), fibrinogênio (0,3%), gliose (0,1%) e ouras subsânias em menor onenração (aminoáidos, hormônios, enzimas, Na +, uréia, e.).

7 a Figura II. a) Células sangüíneas. b) Moléula de hemoglobina om núleo de Fe e O (Bionoiias, 001) A função prinipal das hemáias é o ranspore de gases respiraórios aravés da hemoglobina. Ela ranspora o oxigênio dos pulmões para os eidos e remove grandes quanidades de dióxido de arbono dos eidos para eliminação nos pulmões. Na Figura II.3, pode-se observar um vaso sanguíneo arerial (ore longiudinal), onde apareem os elemenos figurados (plaqueas, glóbulos vermelhos e branos), misurados no plasma sanguíneo. Figura II.3 Core longiudinal de um vaso sangüíneo arerial (www.webienia.om)

8.1..1. Quanidade de sangue neessário para os órgãos O fluxo sangüíneo para ada eido é geralmene regulado no nível mínimo apaz de suprir suas neessidades. Em eidos uja neessidade mais imporane onsise no suprimeno de oxigênio, o fluxo sangüíneo é sempre onrolado num nível apenas ligeiramene superior ao neessário para maner a oxigenação omplea do eido, não mais do que isso. Ao onrolar o fluxo sangüíneo loal de modo ão efiiene, os eidos nuna sofrem de defiiênia nuriional e ao mesmo empo, a arga de rabalho sobre o oração é manida num nível mínimo (Guyon e Hall,1997). A Tabela II.1 raz o fluxo sangüíneo relaivo para órgãos e eidos. Órgão/Teidos ml/min Cérebro 700 Coração 00 Brônquios 100 Rins 1.100 Músulo (inaivo) 750 Pele (lima freso) 300 Glândula ireóide 50 Ouros eidos 175 Osso 50 Tabela II.1: Fluxo sangüíneo para ada órgão/eido (Guyon e Hall, 1997) Os prinipais faores que deerminam a maior ou menor quanidade de fluxo sangüíneo para um órgão são: Neessidade de oxigênio aos eidos Remoção de dióxido de arbono Remoção de íons hidrogênio dos eidos

9 Neessidade de nurienes, hormônios, e A quanidade de apilares sangüíneos é maior onde as neessidades meabólias são maiores. Por exemplo, a axa meabólia global da subsânia inzena do érebro é quaro vezes superior a da subsânia brana, porano, o número de apilares é 4 (quaro) vezes maior na subsânia inzena. Podemos reparar que o onjuno de arérias erebral assume o formao do érebro, omo mosrado na Figura II.4. Figura II.4: Rede arerial do érebro ( M Minn e Huhings, 198).1... Fluidos de ranspore O sangue é formado por dois omponenes: as élulas e o líquido enre as élulas, o plasma. A pare plasmáia do sangue difere-se do líquido exraelular por er uma maior onenração de proeína do que o líquido exraelular nas demais pares do orpo. Esas proeínas elevam a pressão onóia inravasular e são muio imporanes na reenção dos líquidos no inerior do sisema irulaório. O líquido inersiial fia por fora dos apilares, enre as élulas dos eidos. O volume do líquido inersiial é igual ao volume de odo o líquido exraelular menos o volume do plasma, e para um homem adulo pesando aproximadamene 80 kg equivale a 1 liros (15 l líquido exraelular 3 l plasma). Usualmene, onsidera-se que o líquido inersiial inlui, ambém, os líquidos espeiais omo os onidos no sisema do

10 líquido efalorraquidiano, nas âmaras dos olhos, no espaço inrapleural, na avidade perioneal, na avidade periárdia e na linfa. A forma mais imporane de ranspore de subsânias enre o plasma e o líquido inersiial é por difusão. As subsânias lipossolúveis podem se difundir aravés das membranas elulares endoeliais, sem er que passar pelos poros. Já as subsânias hidrossolúveis só podem se difundir pelos poros. Esas subsânias, inlusive as próprias moléulas de água, se difundem muio rapidamene aravés da membrana apilar. A veloidade om que as moléulas de água se difundem aravés da membrana do apilar é 80 vezes maior que a veloidade om que a água do plasma flui, linearmene, ao longo do apilar. A permeabilidade do poro à deerminada subsânia vai depender do amanho da moléula em quesão. A largura dos poros é era de 0 vezes maior que a moléula de água. À medida que vai aumenando o diâmero da moléula, a permeabilidade vai diminuindo. Além disso, a permeabilidade dos apilares varia de um eido para ouro e, onseqüenemene, órgãos omo fígado e rins possuem apilares mais permeáveis a deerminadas subsânias do que, por exemplo, a musulaura esqueléia. A inensidade efeiva de difusão aravés da membrana apilar vai depender da diferença de onenração de era subsânia enre o inerior do apilar e o líquido exraelular. Para a maioria das subsânias imporanes para o meabolismo elular, apenas uma pequena diferença de onenração já é sufiiene para um suprimeno efiiene. Além da difusão passiva, dependendo do gradiene de onenração exise um meanismo de difusão aiva, que envolve onsumo de energia, ransporadores e lipofilidade da subsânia, omo por exemplo gliose, poássio e anibióios.

11 Plasma (mosm/l de H O) Inersiial (mosm/l de H O) Inraelular (mosm/l de H O) Na + 14 139 14 K + 4, 4 140 Ca + 1,3 1, 0 Mg + 0,8 0,7 0 Cl - 108 108 4 HCO - 3 4 8,3 10 HPO 4-, H PO - 4 11 SO - 4 0,5 0,5 1 Fosforeaina - - 45 Carnosina - - 14 Aminoáidos 8 Creaina 0, 0, 9 Laao 1, 1, 1,5 ATP - - 5 Monofosfao de hexose 5,6 5,6 3,7 Gliose 1, 0, 4 Proeína 4 4 4 Uréia 4,8 3,9 10 Toal de (mosm/l) 301,8 300,8 301, Aividade osmolar orrigida, (mosm/l) Pressão osmóia oal (37ºC, mmhg ) 8 81 81 5.443 5.43 5.43 Tabela II.: Composição relaiva dos líquidos orpóreos (Guyon e Hall, 1997).1..3. Fluido inersiial

1 O inersíio orresponde ao onjuno de espaço enre as élulas. Ese espaço, possui no seu inerior o líquido inersiial, reirado dos apilares por filração e difusão. Coném quase os mesmos onsiuines do plasma. O líquido inersiial enonra-se, em grande proporção, junamene om os filamenos de proeoglianos, formando um gel eidual. Assim, ese líquido não flui, ao onrário, ele, difundese pelo gel eidual. Cera de 1% dese líquido esá livre e pode fluir livremene ou formar vesíulas. Quando oorre edema, eses fluxos aumenam de forma muio aenuada (Guyon e Hall, 1997). Devido às uras disânias enre os apilares e as élulas eiduais o ranspore aravés do inersíio da água, elerólios, nurienes, exreções elulares, oxigênios, dióxido de arbono e ouros, oorre rapidamene..1..4. Efeio da inensidade do meabolismo eidual sobre a PO inersiial O érebro é responsável por 15% do meabolismo oal, apesar de sua massa represenar somene % da massa orporal oal. Em repouso, é aproximadamene 7,5 vezes maior que o meabolismo do reso do orpo. Caso as élulas onsumirem mais oxigênio do que o normal para seu meabolismo, iso enderá a reduzir a PO do líquido inersiial. A PO do líquido inersiial diminui quando o onsumo de oxigênio pelas élulas aumena e, ao onrário a PO aumena quando o onsumo diminui. Resumindo, a PO dos eidos é deerminada pelo equilíbrio enre a quanidade de O ransporado para os eidos e seu onsumo pelos eidos..1.3. Transpore de gases respiraórios O sisema irulaório é formado pelos vasos sangüíneos e pelo oração, que em onjuno, manêm o fluxo sanguíneo onsane. O sangue que é bombeado pelo oração, vindo dos pulmões, é rio em oxigênio e nurienes. Será levado para o resane do orpo, aravés de uma rede de duos, hamadas arérias, e ramos de

13 menor alibre, as areríolas. O sangue, pobre em oxigênio e rio em gás arbônio, iniia seu reorno ao oração aravés de pequenos vasos, as vênulas, as quais vão desemboando em ubos ada vez de diâmero maiores, as veias. Denro da maior delas, a veia ava, o fluxo sangüíneo vai para o lado direio do oração, de onde é bombeado para os pulmões. Nos pulmões, passa para minúsulas redes de apilares que irundam os alvéolos pulmonares. Nos alvéolos oorre a roa de gás arbônio pelo oxigênio, seguindo para o oração esquerdo, de onde é injeado na aora, a maior de odas as arérias. Esa vai se ramifiando dando origem a arérias menores, areríolas manendo a irulação sangüínea. As areríolas e as vênulas são ligadas por uma rede de finíssimos vasos hamados apilares. Nos apilares o oxigênio, nurienes, hormônios e ouras subsânias de omuniação químia vão sendo gradualmene edidos às élulas. Em roa, o sangue vai reebendo resos do meabolismo elular, omo o gás arbônio (Berlink, 001)..1.3.1. Formas pelas quais o oxigênio é ransporado no sangue arerial: dissolvido e ligado à hemoglobina No sangue, O é ransporado de dois modos, em solução, dissolvido na água plasmáia e em ligação ovalene om a Hb, formando oxihemoglobina (HbO ). Nem oda moléula de O reage om Hb. Uma pequena quanidade fia em solução, dissolvido no plasma de aordo om solubilidade do O (0,003 ml O / 100 ml plasma/mmhg) e om pressão parial de O (PO ). Normalmene, era de 97% do oxigênio ransporado dos pulmões para os eidos são arreados em ombinação químia om a hemoglobina exisene nas hemáias. Os 3% resanes são arreados sob a forma de oxigênio dissolvido na água do plasma e das élulas. Assim, em ondições normais, o oxigênio é levado aos eidos quase que ineiramene pela hemoglobina. No sangue arerial, há 65 vezes mais O ligado à hemoglobina do que dissolvido no plasma. O ermo oneúdo arerial de O (CaO ) refere-se à quanidade de O presene no sangue, ano ligado om a hemoglobina quano o dissolvido. A sauração da hemoglobina orresponde à quanidade de O ligada om a Hb dividido pela apaidade de O (Oliveira, 001).

14 O sisema de ranspore de oxigênio do adulo normal é apaz de ransporar pouo mais de 1.000 ml O /min. Os eidos uilizam era de 50 ml O /min, permaneendo ainda uma sauração de hemoglobina em orno de 75% no sangue apilar e venoso sisêmio..1.3.. Uilização de O pelas élulas Uma vez que o oxigênio enha se difundido dos alvéolos para o sangue pulmonar, ele é ransporado para os apilares dos eidos e liberado para uso das élulas. Nas élulas eiduais, pelos proessos meabólios, o oxigênio reage om vários subsraos formando grandes quanidades de dióxido de arbono, sendo ese removido das élulas pelos apilares e ransporado de vola aos pulmões. O dióxido de arbono, assim omo o oxigênio, ambém ombina-se om subsânias químias no sangue, aumenando a quanidade ransporada em 15 a 0 vezes. Um forneimeno onínuo de oxigênio é neessário para a inegridade e funionameno normal das élulas do organismo. Esse oxigênio aua omo aepor final de elérons na adeia respiraória mioondrial, proesso aoplado a fosforilação oxidaiva que gera ATP (Oliveira, 001). Essa é a prinipal via meabólia pela qual o organismo onsome oxigênio. O oxigênio esá oninuamene sendo usado pelas élulas. Por isso, a PO inraelular permanee abaixo da PO exisene nos apilares..1.3.3. Gradiene de pressão parial de oxigênio O ar oném O a uma pressão de aproximadamene 159 mmhg. Desde o ar ambiene aé a mioôndria, o O passa de uma região para oura por diferença de pressão parial. No alvéolo, sua pressão é de 104 mmhg. Quando o sangue arerial hega aos apilares dos eidos periférios, sua PO ainda é de 95 mmhg. Por ouro lado, a PO do líquido inersiial que irunda as élulas dos eidos é, em média, 40 mmhg. Assim, exise iniialmene uma enorme diferença de pressão que faz om que o oxigênio se difunda do sangue para os eidos ão rapidamene, que a PO apilar ai a um valor quase igual aos 40 mmhg exisenes no inersíio. Em

15 onseqüênia, a PO do sangue que deixa os apilares dos eidos e enra nas veias ambém é de aproximadamene 40 mmhg. Porano a PO do sangue que enra no apilar pulmonar é de apenas 40 mmhg, viso que grande quanidade de O foi removida pela irulação sisêmia. Novamene a PO no alvéolo é de 104 mmhg, forneendo uma diferença de pressão iniial de 64 mmhg, para a difusão do oxigênio ao apilar pulmonar. Quando o sangue venoso ainge aproximadamene 1/3 do omprimeno do apilar pulmonar, a sua PO já esá igual à PO do alvéolo. Na exremidade disal do apilar pulmonar a PO do sangue é de era de 104 mmhg. A pressão parial do oxigênio no ar alveolar é maior do que a pressão parial do oxigênio no sangue venoso, oorrendo enão a difusão do oxigênio dos alvéolos para o sangue dos apilares pulmonares. Nos eidos, o meanismo de roas é semelhane. A pressão parial do oxigênio nos eidos é baixa, em relação ao sangue dos apilares areriais, porque o oxigênio é oninuamene uilizado para o meabolismo elular. Ese gradiene é responsável pela ransferênia de oxigênio do sangue dos apilares para os eidos..1.3.4. Hemaose de gás arbônio As pressões do gás arbônio nos alvéolos e no sangue arerial são onsideradas iguais, ou seja, não exise gradiene alvéolo-arerial. O sangue venoso que penera nos apilares pulmonares absorve oninuamene oxigênio do ar alveolar, ao mesmo empo em que desarrega CO para o mesmo ar alveolar; enreano, a reposição do oxigênio onsumido e eliminação do CO aresenado ao ar alveolar (iso é, a renovação do ar alveolar om ar inalado) oorre apenas de modo inermiene, não onínuo. Sob quaisquer ondições fisiológias, a eliminação de CO do sangue produz-se mais failmene que a apação de O. A pressão parial de CO (PCO ) alveolar ende a air, mesmo durane os mais vigorosos exeríios, indiando a efiiênia da eliminação do CO (Oliveira, 001). O dióxido de arbono é ransporado pelo sangue para os pulmões sob rês formas: forma de gás dissolvido, orrespondendo a 7% do oal ransporado; forma de íon biarbonao, orrespondendo a 70% do oal. O biarbonao é o produo da

16 reação do dióxido de arbono om a água da hemáia, aalisada pela anidrase arbônia, enzima que aelera a reação era de 5.000 vezes. O íons hidrogênio resulane das reações é apado pela hemoglobina e ombinando-se om ela, aravés de uma ligação químia failmene reversível, orrespondendo a 3% do oal levado aos pulmões. Quando o O é uilizado pelas élulas, a maior pare dele é ransformado em CO, o que aumena a PCO inraelular. Em onseqüênia, o CO difunde-se das élulas para os apilares, sendo enão levado pelo sangue para os pulmões. Nos pulmões, o dióxido de arbono difunde-se dos apilares pulmonares para os alvéolos. Assim, em ada pono da adeia de ranspore de gases, o CO difunde-se em senido exaamene oposo ao do oxigênio. Conudo, exise uma imporane diferença enre a difusão do CO e a difusão do oxigênio. O CO pode difundir-se om veloidade era de 0 vezes maior que a do oxigênio. Assim, as diferenças de pressão neessárias para ausar a difusão do dióxido de arbono são, em ada pono, bem menores do que as diferenças de pressão neessárias para provoar a difusão do oxigênio. Essas pressões são as seguines (Guyon e Hall, 1997): PCO inraelular, era de 46 mmhg; PCO inerisial, era de 45 mmhg; assim, exise uma diferença de pressões de apenas 1 mmhg. PCO do sangue arerial que hega aos eidos, 40 mmhg; PCO do sangue venoso que deixa os eidos, era de 45 mmhg; assim o sangue dos apilares eiduais praiamene enra em equilíbrio om a PCO inersiial, que ambém é de 45 mmhg. PCO do sangue venoso miso que hega aos apilares pulmonares, de 45 mmhg; PCO do ar alveolar, 40 mmhg; assim, apenas uma diferença de 5 mmhg é responsável por oda a difusão de dióxido de arbono dos apilares pulmonares para os alvéolos. Além disso, a PCO do sangue apilar pulmonar ai a pono de ornar-se quase exaamene igual à PCO alveolar de 40 mmhg anes que o sangue enha perorrido mais de um erço, aproximadamene, do omprimeno dos apilares. A Figura II.5 raz a hemaose pulmonar e eidual.

17 afigura II.5 - Troa dos gases respiraórios (www.webienia.om).1.4. Esruuras da irulação O sisema irulaório pode ser analisado em duas pares: irulação periféria e miroirulação. A irulação periféria é um sisema fehado, formado por vasos que ransporam o sangue aos eidos e deses de vola ao oração, para um novo ilo. Os vasos que onsiuem ese sisema são as arérias, areríolas, apilares, vênulas e veias. As areríolas, êm diâmero inerno de menos de 0 µm. Elas podem se ramifiar por aé ino vezes, aingindo diâmero final de 5 a 9 µm. Auam omo válvulas onroladoras de sangue, alerando seus diâmeros om failidade para regular o fluxo sangüíneo. As areríolas se oneam à rede de apilares. Eses são muio finos e permeáveis, possibiliando a roa de líquidos, nurienes, gases, hormônios, elerólios, e, om os eidos. Os apilares se unem nas suas pares erminais formando as vênulas, ujo onjuno forma as veias. As veias ransporam o sangue para o oração, no mesmo rajeo das arérias, mas em senido oposo. Possuem paredes bem musulares e omplaenes (Guyon e Hall, 1997). As arérias armazenam 13% do sangue oal do organismo, os apilares sangüíneos armazenam 7%, as veias e vênulas 64% do sangue. Uma vez que as veias armazenam o maior volume sangüíneo, elas são onsideradas o reservaório de sangue do organismo. A Figura II.6 mosra um esquema dos vasos sanguíneos, veia, aréria e apilar.

18 Figura II.6 - Vasos sanguíneos (www.webienia.om) A área da seção rea das veias em relação à das arérias é em média 4 vezes a da aréria orrespondene, expliando o fao de porque o volume de sangue esá armazenado em maior quanidade no sisema venoso. A veloidade do fluxo sangüíneo é inversamene proporional à área da seção ransversal. Em ondições normais, a veloidade do sangue é, em média, de 33 m/s na aora e nos apilares era de 0,3 mm/s. Como os apilares êm 0,3 a 1 mm de omprimeno, o sangue permanee por um uro período de empo, de 1 a 3s (Guyon e Hall, 1997). Se odos os vasos sisêmios de um mesmo ipo fossem oloados um ao lado do ouro, sua área oal da seção ransversal eria a área apresenada na Tabela II.. Vaso Sangüíneo Área (m ) Aora,5 Pequenas arérias 0 Areríolas 40 Capilares.500 Vênulas 50 Veias pequenas 80 Veias avas 8 Tabela II.3 - Área seção ransversal dos vasos sangüíneos (Guyon e Hall, 1997)

19 A miroirulação diz respeio aos apilares e as pares finais das areríolas e iniial das vênulas. A areríola erminal dá origem à meareríola que origina diversos apilares, que formam uma rede. Como já iado, na exremidade erminal, os apilares reunidos, originam as vênulas. Ineralada enre a meareríola e a vênula exise uma omuniação arério-venosa (anasomose AV), que permie ao sangue das areríolas erminais alançar direamene o sisema venular sem aravessar os apilares. No iníio da meareríola exise um pequeno e denso anel musular, o esfíner pré-apilar, uja onração feha a enrada de sangue nos apilares. Na porção iniial das vênulas exise uma oura esruura musular, hamada esfíner pós-apilar, uja onração difiula a saída do sangue dos apilares. Os esfíneres desempenham um imporane papel na regulação do fluxo de sangue nos apilares. O aminho do sangue na miroirulação depende da neessidade do eido. Quando a neessidade de oxigênio pelo eido é diminuída os esfíneres pré-apilares sofrem onsrição para forçar a passagem do sangue pela omuniação arério-venosa. Na siuação inversa oorre a aberura de um grande número de esfíneres, para irrigar uma maior quanidade de apilares (Guyon e Hall, 1997). A Figura II.7 represena a esruura da miroirulação. Figura II.7 - Represenação da miroirulação (Souza e Rêgo).1.4.1. Capilares Sangüíneos Os apilares são esruuras exremamene delgadas, om paredes formadas por uma amada de élulas endoeliais muio permeáveis e uma membrana basal. A espessura desa parede é aproximadamene 0,5 µm e o diâmero dos apilares varia

0 de 4 a 9 µm, sufiiene apenas para permiir a passagem espremida dos glóbulos vermelhos e de ouras élulas sangüíneas. É nesa parede que oorrem as roas de elemenos nuriivos e de eliminação enre os eidos e o sangue irulane. Os apilares êm o omprimeno enre 0,3 a 1 milímero. Em odo o organismo humano, emos de 5 a 10 bilhões de apilares em um adulo, o que orresponde a uma área oal de superfíie enre 500 a 700 m, separados um do ouro a uma disânia enre 0 a 30 µm, permiindo que ada élula enha um apilar próximo (Guyon e Hall, 1997). A parede do apilar apresena pequenos analíulos ou poros que failiam a passagem do meio exerno para o inerno de moléulas de água, moléulas hidrossolúveis e a passagem da maioria dos íons. As subsânias solúveis nas gorduras, por exemplo viaminas, dissolvem-se na membrana apilar e aravessam a sua exensão, sem passar pelos poros. As subsânias podem aravessar as membranas elulares por difusão ou por ranspore aivo, sendo que a maior pare das roas enre as élulas e o sangue oorre pelo fenômeno da difusão. A fenda inerelular é um deses analíulos. Elas são inerrompidas periodiamene, por uras projeções proéias que manêm unidas as élulas endoeliais. As projeções ambém são inerrompidas, o que permie que o líquido passe om failidade pela fenda. O espaçameno enre as fendas é de aproximadamene 6 a 7 nm de largura. Como as fendas inerelulares só exisem nas bordas das élulas endoeliais, elas em geral não represenam mais que 1/1000 da área oal da superfíie do apilar. Pequenos volumes de plasma ou de líquido exraelular são englobados em uma das faes das élulas endoeliais formando as vesíulas plasmalêmias diminuas. Algumas dessas vesíulas oalesem, formando anais vesiulares que aravessam oda a membrana apilar (Guyon e Hall, 1997). A permeabilidade dos poros dos apilares varia de aordo om os diâmeros das moléulas de ada subsânia. As moléulas das proeínas plasmáias, são maiores que os poros apilares, ouras subsânias omo os íons de sódio, loro, gliose e uréia, possuem diâmeros inermediários. A membrana dos apilares apresena morfologia diferenes para os diferenes eidos; por isso ada apilar apresena diferenças exremas em suas permeabilidades.

1 Nos apilares erebrais, grande pare das junções enre as élulas endoeliais é formada porsão junções fehadas, que permiem apenas a passagem de moléulas muio pequenas para o eido erebral. Iso é, as membranas das élulas endoeliais vizinhas esão inimamene unidas umas às ouras, não apresenando poros enre si, omo oorre na maioria dos ouros apilares do orpo. Esas junções fehadas formam a barreira hemaenefália..1.4.. Membrana alvéolo-apilar Separando o ar do sangue exise uma parede, onsiuída pela membrana do alvéolo e pela membrana do apilar. Esa parede é hamada membrana alvéoloapilar, onde oorre a roa gasosa pelo proesso de difusão. Ao irular pelos apilares da aréria pulmonar, o sangue venoso repleo de gás arbônio e pobre em oxigênio, enra em onao om a membrana alvéoloapilar, om a passagem de oxigênio do alvéolo para o sangue e de gás arbônio em senido inverso. O sangue já areriolizado, iso é arregado de oxigênio, é levado aé o oração esquerdo para ser disribuído pela aora para odo o organismo. A membrana alvéolo-apilar é exremamene fina e permeável aos gases. Possui uma esruura onsiuída por: amada únia de élulas endoeliais, por uma membrana basal do epiélio apilar, pelo espaço inersiial e por uma amada epielial de revesimeno do alvéolo, reobera por uma pelíula líquida surfaane. Esa esruura omposa de várias amadas é mosrada na Figura II.8. Sua área oal é de 70 m para um adulo. A amada de sangue que se disribui pelos apilares pulmonares é exraordinariamene fina, da espessura de apenas uma hemáia. As hemáias neessiam ser omprimidas para irular pelos apilares. Desa maneira, a superfíie da hemáia é posa em onao direo e mais duradouro om a membrana alvéolo-apilar, favoreendo a hemaose, porque o oxigênio e o dióxido de arbono passam por quanidades insignifianes de plasma durane a difusão. A roa gasosa é, porano, muio rápida, durando em média 0,5 segundo. O ar inspirado, que oném apenas 1% de oxigênio, ede-o às hemáias quase insananeamene. A enorme superfíie disponível para as roas gasosas permie que em um minuo o

organismo possa apar era de 50 ml de oxigênio e eliminar 00 ml de dióxido de arbono. A failidade om que os gases aravessam a membrana alvéolo-apilar, ou seja, a veloidade de difusão dos gases, depende da espessura, área de superfíie, oefiiene de difusão do gás e a diferença de pressão enre os dois lados da membrana alvéolo-apilar. Figura II.8 - Esquema da onsiuição da membrana alvéolo-apilar (Guyon e Hall, 1997).1.4.3. Membrana enre apilar e eido erebral: barreira hemaenefália Muias subsânias não passam do sangue para os líquidos inersiiais do érebro, apesar de esas mesmas subsânias passarem failmene para denro do líquido inersiial de ouras pares do orpo. Iso oorre porque no érebro exise a barreira hemaenefália, enre o sangue e o líquido inersiial erebral. A barreira é alamene permeável à água, dióxido de arbono, oxigênio e a maioria das subsânias lipossolúveis, omo o álool e a maioria dos anesésios; ligeiramene permeáveis aos elerólios, omo sódio, loreo e poássio; e quase oalmene impermeáveis às proeínas plasmáias e à maior pare das grandes moléulas orgânias não-lipossolúveis. A barreira hemaenefália freqüenemene

3 impossibilia a obenção de onenrações efiazes de drogas erapêuias para o raameno de paologias.. A ausa da baixa permeabilidade é a maneira pela qual as élulas endoeliais dos apilares se unem umas as ouras, omo já foi expliado. Esas são ligadas pelas hamadas junções fehadas..1.5. Fluxo sangüíneo O fluxo sangüíneo pela irulação orpórea é ausado pela pressão nos vasos areriais, enquano que a inensidade desse fluxo é deerminada pela resisênia periféria oal em odos os diferenes vasos do orpo..1.5.1. Deerminação do fluxo sangüíneo O fluxo do sangue nos apilares é regulado pelas neessidades loais dos eidos. O sangue nos apilares não flui num rimo onínuo, mas omo exisem inúmeros apilares nos eidos seu funionameno global represena uma média (Guyon e Hall, 1997). Os esfíneres pré-apilares e as meareríolas onraem-se e relaxam-se alernadamene, em ilos de 5 a 10 vezes por minuo. O faor que deermina o grau de aberura dos esfíneres é a onenração de oxigênio nos eidos. Quando a onenração de oxigênio é baixa, os esfíneres pré-apilares permaneem aberos, aumenando o fluxo de sangue. Quano maior é a uilização de oxigênio pelos eidos, ano maior é o fluxo de sangue pelos seus apilares. A rimiidade da onração dos esfíneres é própria e independe dos baimenos ardíaos ou da ransmissão da onda de pulso do sisema arerial aé a miroirulação (Guyon e Hall, 1997). O fluxo sangüíneo é deerminado pelos: Gradienes de pressão enre o apilar e o eido Resisênia vasular Neessidade nuriional pelas élulas

4 Pressão onóia Conração musular, e. Da equação maemáia abaixo, a pressão arerial (PA) pode ser onrolada pelo fluxo mulipliado pela resisênia. Como a resisênia pode-se pouo alerar, a unidade que podemos influir é o fluxo (Oliveira, 001). Fluxo Sangüíneo = Pressão Arerial Resisênia ml min II.1 Ese fluxo por sua vez ambém é hamado de débio ardíao (DC) sendo deerminado pela mulipliação enre o volume sisólio (VS) e a freqüênia ardíaa (FC). Se o fluxo (débio ardíao) é deerminado por esas duas varianes, a pressão arerial pode ser regulada se influirmos nesas duas variáveis. Por exemplo, os diuréios aleram o volume sisólio, logo, diminuem a pressão arerial quando uilizados. Já os bradiárdios, diminuem a freqüênia ardíaa, diminuindo assim, ambém a pressão arerial (Oliveira, 001). DC = Fluxo Sangüíneo = VS. FC = Pressão Arerial Resisênia II. O fluxo sanguíneo no inerior dos vasos depende direamene da pressão arerial e, denro de eros limies de variação da pressão arerial, o organismo onsegue maner o fluxo sangüíneo onsane e efeivo. A manuenção de uma pressão arerial adequada é muio imporane. Quando muio baixa, o fluxo será insufiiene para nurir odos os eidos; por ouro lado, uma pressão exessivamene elevada pode, além de sobrearregar o oração, aelerar o proesso de envelheimeno (endureimeno e olusão) arerial e, pior ainda, aumenar o riso de hemorragias omo nos aidenes vasulares erebrais hemorrágios (Insiuo de Ciênias Biológias UFMG). A veloidade do fluxo de sangue que perorre o vaso é inversamene proporional à resisênia. Quano mais próximo da parede do vaso, menor a veloidade do sangue. A onduânia é direamene proporional à quara poênia

5 do diâmero. Variações pequenas no diâmero dos vasos aleram signifiaivamene a onduânia. Nese aso ambém, devido à omplaênia, menor será a veloidade do sangue. Esa relação permie que as areríolas, prinipalmene, por sinais neurais ou eiduais regulem o fluxo sangüíneo aravés de suas paredes elásias..1.5.. Efeios da inensidade do fluxo sangüíneo sobre a PO do líquido inersiial Caso oorra arésimo no fluxo sangüíneo aravés de um deerminado apilar eidual, uma maior quanidade de oxigênio é levada para o eido orrespondene na unidade de empo; porano, a PO do eido aumena. Um aumeno de 400% no fluxo sangüíneo aumena a PO eidual de 40 mmhg para 66 mmhg. Enreano, o valor mais alo que a PO pode alançar, mesmo em presença de um fluxo sangüíneo máximo, é aproximadamene 95 mmhg, sendo esa a pressão parial de O presene no sangue arerial (Guyon e Hall, 1997)..1.5.3. Conrole do fluxo sangüíneo O O é um dos nurienes mais neessários para o meabolismo elular. Quando a disponibilidade de oxigênio para os eidos diminui, omo nas alas aliudes, pneumonia, inoxiação por monóxido de arbono ou na inoxiação por ianeo, o fluxo sangüíneo aravés dos eidos aumena muio. Exisem duas eorias básias para a regulação do fluxo sangüíneo loal quando oorrem alerações na axa do meabolismo eidual ou na disponibilidade de oxigênio: a eoria vasodilaadora e a da demanda de oxigênio. De aordo om a eoria vasodilaadora, quano maior o meabolismo ou quano menor a disponibilidade de oxigênio ou de alguns ouros nurienes para deerminado eido, maior a axa de formação de uma subsânia vasodilaadora. Algumas das subsânias vasodilaadoras sugeridas inluem adenosina, dióxido de arbono, áido láio, omposos de fosfao de adenosina, hisamina, íons poássio e íons hidrogênio. A maioria das eorias vasodilaadoras pressupõe que a subsânia

6 vasodilaadora seja liberada pelo eido prinipalmene em resposa à defiiênia de oxigênio (Guyon e Hall, 1997). Apesar da eoria vasodilaadora ser aeia pela maioria dos fisiologisas, alguns deles preferem a eoria da demanda de oxigênio (ou demanda de nurienes). O oxigênio é neessário para maner a onração dos músulos vasulares. Por onseguine, na ausênia de suprimeno adequado de algum nurienes, é razoável supor que os vasos sangüíneos irão se dilaar nauralmene. Além disso, quando o eido usa oxigênio em virude do aumeno do meabolismo, eoriamene, a disponibilidade de oxigênio deve diminuir para os vasos sanguíneos loais, o que ambém deve ausar vasodilaação loal..1.5.4. Fluxo erebral A parada oal do fluxo sangüíneo para o érebro ausa inonsiênia denro de 5 a 10 s. O fluxo sangüíneo erebral em adulos jovens esá enre 50 a 65 ml por 100 g de érebro por minuo. O érebro de um adulo médio pesa era de 1400 g. Porano, para o érebro ineiro é de 750 a 900 ml/min, ou 15% do débio ardíao oal em repouso e 18,5% do onsumo de O (Guyon e Hall, 1997). A irulação erebral é regulada para que o fluxo sangüíneo erebral oal se manenha onsane em diversas siuações. O fluxo sangüíneo erebral oal não se alera quando há aividade menal inensa mesmo om modifiações no padrão do fluxo. Para iso, o fluxo em ada segmeno individual do érebro se alera rapidamene em resposa a alerações da aividade neural loal. A relação fluxo erebral versus pressão arerial é muio imporane, pois permie que se enha um fluxo onsane, mesmo quando se em grande variação de pressão. Toda vez que emos aumeno da pressão no lado arerial eremos diminuição do lado venoso para que a pressão não se alere. Mesmo quando a pressão arerial média (PAM) varia onseguimos maner o fluxo onsane. A auo-regulação do fluxo erebral é muio efiiene, mesmo om uma variação da pressão sisêmia enre 80 e 180 mmhg não emos variações

7 signifiaivas dese devido à ação de subsânias loais produzidas pelo endoélio omo pepídeos irulanes, angioensina II e ação dos nervos vasomoores. Os vasos erebrais são omprimidos sempre que a pressão inraraniana se eleva. Qualquer aleração na pressão venosa imediaamene ausa aleração similar na pressão inraraniana. Assim, uma elevação na pressão venosa reduz o fluxo sangüíneo erebral ano pela redução da pressão efeiva de perfusão quano pela ompressão dos vasos erebrais. Quando a pressão inraraniana ulrapassa os 33 mmhg por uro período, o fluxo sangüíneo erebral diminui signifiaivamene e a pressão sangüínea se eleva. Denro da faixa basane ampla, a elevação da pressão sangüínea sisêmia é proporional à elevação da pressão inraraniana, embora aabe sendo aingido um pono em que a pressão inraraniana exede a pressão arerial e a irulação erebral essa. Nas ondições onde o meanismo auoregulador não onsegue produzir ompensação sufiiene, o onrole simpáio do fluxo sangüíneo erebral passa a ser muio imporane. Por exemplo, quando a pressão arerial ainge um nível muio elevado durane o exeríio exenuane e durane ouros esados de aividade irulaória exessiva, o sisema nervoso simpáio onrai as arérias grandes e inermediárias, impedindo que as pressões elevadas ainjam os pequenos vasos sangüíneos. Iso é imporane na prevenção de oorrênia de hemorragia vasular erebral e ajuda proeger a barreira hemaenefália da rupura que de oura forma ela poderia sofrer (Guyon e Hall, 1997). A barreira hemaoenefália é uma barreira seleiva que deixa passar do sangue para o eido nervoso o oxigênio e os nurienes, mas não as subsânias que possam danifiar os neurônios (Len, 001). Além do onrole do fluxo sangüíneo pela onenração eidual de oxigênio, as onenrações de dióxido de arbono e de íons hidrogênio são imporanes. Um aumeno de qualquer um deles no sangue arerial provoa dilaação dos vasos erebrais, permiindo a rápida eliminação do exesso de dióxido de arbono ou de íons hidrogênio. Aredia-se que o dióxido de arbono ombina-se iniialmene om a água formando áido arbônio, om subseqüene dissoiação formando íons hidrogênio aumenando assim o fluxo sangüíneo erebral. Os íons hidrogênio ausam enão vasodilaação dos vasos erebrais, sendo a dilaação quase direamene