TRANSPORTE DE GASES NO SANGUE Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular Setor de Ciências Biológicas
ANATOMIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO
ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS ESQUERDO WEST 2002
VASOS ALVEOLARES E EXTRA ALVEOLARES
PRESSÕES PARCIAIS DOS GASES RESPIRATÓRIOS AO NÍVEL DO MAR GÁS AR ATM mmhg AR UMID mmhg AR ALV mmhg AR EXP mmhg N 2 597 78,6% 563 74,1% 569 74,9% 566 74,5% O 2 159 20,8% 149 19,6% 104 13,6% 120 15,7% CO 2 0,3 0,04% 0,3 0,04% 40 5,3% 27 3,6% H 2 O 3,7 0,5% 47 6,2% 47 6,2% 47 6,2% TOTAL 760 100% 760 100% 760 100% 760 100%
Quando inalamos e exalamos os alvéolos não mudam de tamanho, são as vias aéreas que mudam de comprimento e de diâmetro quando o ar é bombeado para dentro e para fora. Os alvéolos ocupam um espaço relativamente grande e os gases não são completamente substituídos por ar novo a cada respiração; Tanto o sangue que flui pelos capilares durante a inspiração e durante a expiração pode trocar gases. Na atmosfera Nos alvéolos Gás mmhg kpa mmhg kpa O 2 159 21,2 100 13,3 N 2 601 80,1 573 76,4 CO 2 0,2 0,027 40 5,33 H 2 O 0 0 47 6,27 Total 760 101 760 101
Trocas gasosas no sistema respiratório referem-se a DIFUSÃO do O 2 e CO 2 nos pulmões e nos tecidos periféricos.
TRANSFERÊNCIA DO O 2 CO 2 AR ATMOSFÉRICO P O2 = 150 mmhg P CO2 = 0
TRANPORTE DE OXIGÊNIO LEI DE HENRY: trata dos gases dissolvidos em solução (sangue). A concentração de gás dissolvido num líquido é diretamente proporcional à sua pressão parcial. 1 L plasma 3 ml de O 2 dissolvido
TRANSPORTE DO OXIGÊNIO Lei de Henry : [O 2 ] = po 2 x k [O 2 ] dissolvido = 100 mmhg x 0, 03 ml O 2 /L sangue/mmhg [O 2 ] = 3 ml de O 2 /L sangue Pessoa em repouso precisa de 250 ml O 2 /minuto Debito cardíaco = 5 L/minuto 5000 ml/min x 3 ml de O 2 / 1000 ml sangue = 15 ml O 2 / minuto
TRANPORTE DE OXIGÊNIO LEI DE HENRY: trata dos gases dissolvidos em solução (sangue). A concentração de gás dissolvido num líquido é diretamente proporcional à sua pressão parcial 1 L plasma 2,3 ml de O 2 dissolvido 1 L de sangue 150 g de hemoglobina 1 g hemoglobina pode ligar 1,34 ml de O 2 logo em 150g 200 ml de O 2 / litro de sangue ou 87 vezes mais que o plasma
TRANSPORTE DO OXIGÊNIO DISSOLVIDO NO PLASMA 1,5 % COMBINADO COM A HEMOGLOBINA 98,5%
Tranporte de O 2 combinado com a HEMOGLOBINA HEMOGLOBINA (Hb) É UMA PROTEINA CONJUGADA Hb PROTEINA (GLOBINA) + PIGMENTO ( HEME) HEME COMPOSTO DE FERRO-PORFIRINA GLOBINA 4 CADEIAS POLIPEPITÍDEAS, 2, 2 CADA ION FERRO SE LIGA DE FORMA REVERSÍVEL A UMA MOLÉCULA DE O 2 CADA MOLÉCULA DE Hb TRANSPORTA 4 MOLÉCULAS DE O 2 A Hb (HEMOGLOBINA REDUZIDA) COMBINA-SE COM O 2 PASSANDO `A FORMA OXIDADA OXIHEMOGLOBINA A OXIHEMOGLOBINA É MAIS ÁCIDA QUE A Hb REDUZIDA O ION FERRO ESTÁ SEMPRE NA FORMA Fe ++ = ion ferroso Hb Formas T (tensionada desoxihb) e R (relaxada oxi-hb) COOPERATIVIDADE
HEMOGLOBINA E ALOSTERIA Existem duas conformações possíveis para a hemoglobina (R e T). O oxigênio se liga a ela em qualquer uma dessas conformações, mas tem maior afinidade pelo estado R. Quando O 2 se liga desencadeia uma alteração de conformação para o estado R (oxi-hemoglobina). Quando a proteína inteira sofre essa transição o par desliza entre si e roda, estreitando o bolsão entre as subunidades. Quando O 2 está ausente o estado T é mais estável (desoxi-hemoglobina). Este estado é estabilizado por uma série de pares iônicos.
TRANSPORTE DO OXIGÊNIO
TRANSPORTE DE O 2 Quais os processos de transporte de O 2 para os tecidos? a. dissolvido em solução 1,5% b. combinado com a Hemoglobina 98,5% Curva de saturação do O 2 pela molécula de Hemoglobina: A curva não é diretamente proporcional a po 2 devido a fortes interações entre as subunidades da hemoglobina ligação cooperativa (variação de afinidade do Heme para o O 2 ), podendo ser expressa pela CURVA SIGMOIDE. A Hemoglobina liga-se a O 2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão
Curva Sigmoide: a curva não é diretamente proporcional a po 2 devido a fortes interações entre as subunidades da Hb ligação cooperativa A Hb liga-se a O 2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão
CURVA DE DISSOCIAÇÃO DE O 2 NO SANGUE
HEMOGLOBINA, UM TRANSPORTADOR
CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO OXIGÊNIO SATURAÇÃO % Curva Sigmoide: a curva não é diretamente proporcional a po 2 devido a fortes interações entre as subunidades da Hb ligação cooperativa A Hb liga-se a O 2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão WEST 2002
CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO OXIGÊNIO SHAPIRO 1980
Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende?
Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende: 1) ph : efeito BOHR - aumento da acidez da hemoglobina quando ela liga-se ao oxigênio. HHb + O 2 HbO 2 + H + ph, H + favorece a dissociação de O 2 2) Temperatura: T - tecidos em atividade metabólica intensa, favorece a dissociação do O 2 T - hipotermia, extremidades do corpo, maior necessidade de O 2, favorece a captura de O 2 3) 2,3 difosfoglicerato: normalmente presente no sangue. 2,3 difosfoglicerato ( BPG) promove a dissociação de O 2 conformação HHb(estadoT) possue cavidade grande para admitir BPG liga-se firmemente as cargas - da BPG conformação HbO 2 (estado R) cavidade menor, não acomoda BPG ATP - promove a dissociação de O 2 em peixes inositol pentafosfato - dissociação de O 2 em aves
FATORES FÍSICOS AFETAM A LIGAÇÃO DE O 2 Baixo ph enfraquece a afinidade da hemoglobina por O 2. A [H + ] influencia a ligação com a hemoglobina Em baixo ph aumenta a liberação de O 2. Em alto ph diminui a liberação de O 2. Isso é fisiologicamente útil, já que um decréscimo no ph está freqüentemente associado a uma demanda aumentada de O 2 (taxa metabólica aumentada ou exercício intenso).
Alta temperatura enfraquece a afinidade da hemoglobina por O 2. Em temperaturas abaixo do normal a ligação é mais forte. Em temperaturas acima do normal a ligação é mais fraca ( BPG). Isso é fisiologicamente útil, porque torna O 2 adicional disponível para suportar alta taxa metabólica (febre ou o músculo em exercício). Em alta pressão a ligação de O 2 é insensível a temperatura, não comprometendo a captação.
2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) A produção de 2,3-DPG aumenta em condições de hipóxia
HEMOGLOBINA E ALOSTERIA A interação com ligante (moduladores) se dá de duas formas: Homotrópica: quando ligante normal e modulador são idênticos; Heterotrópica: quando o modulador é uma molécula outra que não o ligante normal. A hemoglobina apresenta esses dois tipos de interação. O efeito heterotrópico envolve a interação com o 2,3-bifosfoglicerato. Este está presente em concentrações relativamente altas nos eritrócitos e reduz grandemente a afinidade da hemoglobina pelo 0 2.
TRANSPORTE DE CO 2 Quais os processos de transporte de CO 2 para os tecidos? a. dissolvido em solução 9% b. combinado com a Hemoglobina (HbCO 2 ) 13% carbaminohemoglobina- formado quando CO 2 reage com amino grupos(imidazol da histidina) da Hb. Os sitios de ligação de O 2 e CO 2 não são os mesmos, quando Hb esta na forma HbO 2, maior afinidade por CO 2 c. como composto na forma de bicarbonato 78% CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + - HCO 3 DESLOCAMENTO DE Cl - anidrase carbonica PROCESSOS QUE REGULAM H + DERIVADO DO TRANSPORTE DE CO2 difunde-se no plasma para manter neutralidade difusão de ions Cl para interior dos globulos
TRANSPORTE DO CO 2 E LIBERAÇÃO DO O 2 CO 2 (dissolvido) 9 % Carbamino hemoglobina HbCO 2 13 % - HCO 3 78 % WEST 2002
PROCESSOS QUE REGULAM H + DERIVADO DO TRANSPORTE DE CO 2 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + - HCO 3 anidrase carbonica 1- Tamponamento pela hemoglobina - 50% Hb com grupos ionizáveis de valores de pk próximos ao ph dentro da hemácia. 2- Transporte Isoídrico de CO 2-40% H + gerado pela dissociação do H 2 CO 3 é captado pela hemoglobina, evitando alteração do ph. HbO 2 + H + HHb + O 2 CO 2 + H 2 O H + + - HCO 3 HbO 2 + CO 2 + H 2 O HHb + O 2 + - HCO 3 3- Outros mecanismos 10%
DISTRIBUIÇÃO DO BICARBONATO CAPILARES EXTRAPULMONARES CAPILARES PULMONARES Plasma Eritrócito Plasma Eritrócito Efluxo de bicarbonato dos eritrócitos e influxo de cloretos para os eritrócitos Efluxo de cloreto dos eritrócitos e influxo de bicarbonato para os eritrócitos
TRANSPORTE de O 2 e TROCA ISOÍDRICA de CO 2
CONTROLE NO TRANSPORTE
CONTROLE NO TRANSPORTE
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AIRES, M. M. Fisiologia. In:Seção 8 Fisiologia da Respiração (cap. 48 ) 2ª Edição, Rio de Janeiro, 1999. CONSTANZO, L.S. Fisiologia. cap 5 3ª Edição. Rio de Janeiro, 2007. DEVLIN, T. M. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas. Cap 25. 4ª edição, São Paulo, 1998. GARCIA, E. A. C. Biofísica. São Paulo, 1998. VIEIRA, E.C. et al. Química Fisiológica. São Paulo, 1995.