Graduada em Medicina Veterinária (UFMS, 2009)
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Recebe o nome de hematose pulmonar a troca gasosa que ocorre entre o sangue e o ar existente nos pulmões. Este processo tem por finalidade a manutenção do equilíbrio ácido básico no organismo e é realizado por todos os vertebrados terrestres.
O oxigênio que é inspirado chega até os alvéolos pulmonares, onde ocorre a troca gasosa (através de suas finas paredes), com o sangue dos capilares, sendo que o oxigênio presente nestas estruturas passa para a corrente sanguínea (antes o sangue era venoso, passa a ser arterial) e o gás carbônico presente nos capilares passa para o interior dos alvéolos por difusão. Este gás, por sua vez, será eliminado para o ambiente durante o movimento de expiração, passando por todo o trato respiratório (bronquílos, brônquios, traquéia, laringe, faringe, fossas nasais ou pela cavidade oral).
Fontes:
//e-cienciascvg.blogspot.com/2009/05/movimentos-respiratorios-e-hematose.html
//pt.wikipedia.org/wiki/Hematose_pulmonar
//ciencianatural.blogs.sapo.pt/13546.html
Texto originalmente publicado em //www.infoescola.com/sistema-respiratorio/hematose-pulmonar/
Anatomia do Sistema Respiratório Envolvido nas Trocas Gasosas
As trocas gasosas ocorrem ao nível dos alvéolos nos pulmões e nos capilares da circulação pulmonar.
- Unidade respiratória:
- Menor unidade funcional nos pulmões
- Composto por um bronquíolo respiratório, ductos alveolares, átrios e alvéolos.
- Leitos vasculares:
- Os capilares preenchem o espaço entre os alvéolos.
- Muito pouca distância entre o sangue nos capilares e o ar nos alvéolos
- Membrana pulmonar:
- Área de interface entre os capilares e os alvéolos
- Média de 0,6 micrómetros de espessura
- Camadas da membrana pulmonar (dentro dos alvéolos → capilares):
- Revestimento de camada fluida dentro do alvéolo (contém surfactante para quebrar a tensão superficial)
- Epitélio alveolar
- Membrana basal epitelial
- Interstício
- Membrana basal capilar
- Membrana endotelial capilar
Diagrama esquemático da estrutura da zona respiratória do trato respiratório inferior:
Observar a composição da parede alveolar:
1) Bronquíolo respiratório
2) Septo interalveolar
primário
3) Saco alveolar
4) Capilares
5) Pneumócito tipo II
6) Pneumócito tipo I
7) Ducto alveolar
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Física das Trocas Gasosas
Propriedades físicas dos gases
Durante as trocas gasosas, O₂ e CO₂ devem atravessar a membrana pulmonar. Este processo é impulsionado por múltiplas forças complexas determinadas pelas propriedades físicas desses gases.
- Concentração : O₂ e CO₂ fluirão das áreas de alta concentração para as de baixa concentração.
- Diferença na pressão parcial do gás no ar nos alvéolos e do gás dissolvido no sangue:
- Pressão parcial do gás nos alvéolos:
- A pressão do ar num recipiente fixo é proporcional à concentração de moléculas de ar forçadas para dentro desse recipiente.
- O ar atmosférico é composto por O₂, nitrogénio e dióxido de carbono. A taxa de difusão de cada gás é proporcional à pressão exercida por esse gás sozinho, chamada de pressão parcial.
- Exemplo: O ar atmosférico tem 760 mmHg e é 21% O₂. A pressão parcial de O₂ (PO₂) nos alvéolos é 760 x 0,21 = 160 mmHg.
- Pressão parcial do gás dissolvido no sangue:
- O gás dissolvido no líquido exerce pressão parcial determinada tanto pela sua concentração quanto por uma constante conhecida como coeficiente de solubilidade.
- Exemplo: pressão parcial de O₂ dissolvido no sangue = concentração O₂/coeficiente de solubilidade de O₂ = 0,025 mmHg
- O gás flui de áreas de alta pressão parcial para áreas de baixa pressão parcial.
- Pressão parcial do gás nos alvéolos:
Forças que impulsionam a taxa de troca de O₂ e CO₂
A taxa de troca gasosa é determinada pela eficiência da troca através da membrana pulmonar e pela velocidade com que ela pode ser trazida do ar (para O₂) ou do corpo (para CO₂).
- O₂:
- A difusão de O₂ no sangue dos alvéolos é extremamente eficiente.
- Mesmo ↑ a velocidade na qual o O₂ é levado aos alvéolos (ventilação) não pode melhorar a difusão do O₂ através da membrana pulmonar
- O único fator que pode afetar a difusão é a modificação da pressão parcial de O₂ no ar respirado (por exemplo, respirar O₂ puro ou respirar em altitudes elevadas).
- CO₂:
- A difusão é mais lenta.
- A velocidade de ventilação é diretamente proporcional à velocidade de difusão através da membrana pulmonar e da remoção do corpo.
- Correlação clínica:
- A saturação de O₂ do sangue é determinada pela pressão parcial de O₂ respirada pelo paciente.
- A saturação de CO₂ do sangue é determinada pela velocidade da ventilação (respiração).
Transporte de Gás
O₂ e CO₂ devem ser transportados pela corrente sanguínea para alcançar os locais de troca gasosa.
Transporte de O₂
- Há:
- 0,295 mL de O₂ por dL de sangue arterial
- 0,124 mL de O₂ por dL de sangue venoso
- 1,5% de O₂: dissolvido no plasma.
- 98,5% de O₂: fracamente ligado a cada átomo de ferro da Hb nas hemácias.
- Hb:
- Possui 4 sítios de ligação para O₂
- Afinidade da Hb para O₂ ↑ com a quantidade de O₂ ligada a ela
- Saturação de O₂ :
- Percentagem de Hb ligada a O₂:
- No sangue arterial, a Hb tem uma saturação de O₂ próxima de 99%.
- No sangue venoso, a Hb tem uma saturação de O₂ à volta de 75%.
- Permite que a reserva de O₂ seja preservada no sangue
- Percentagem de Hb ligada a O₂:
- Carga e descarga de Hb:
- A carga e descarga de O₂ são facilitadas por mudanças na forma da Hb.
- À medida que o O₂ se liga, a afinidade da Hb pelo O₂ ↑
- À medida que o O₂ é libertado, a afinidade da Hb pelo O₂ ↓
- A taxa de carga e descarga de O₂ é regulada por:
- PO₂ (↓ dos níveis de O₂ permitem que o O₂ se dissocie da Hb mais facilmente)
- ↑ da temperatura ↓ a afinidade da Hb para o O₂
- ↓ pH sanguíneo ↓ a afinidade da Hb para o O₂
- ↑ PCO₂ ↓ afinidade da Hb para o O₂
- ↑ da concentração de bifosfoglicerato (BPG) ↓ afinidade da Hb para o O₂
- A carga e descarga de O₂ são facilitadas por mudanças na forma da Hb.
Saturação da hemoglobina:
A percentagem de hemoglobina ligada aumenta com a concentração de O2 . Observe a letra A, que significa a saturação da hemoglobina no sangue arterial (próximo de 99%). A letra V significa a saturação de
hemoglobina do sangue venoso.
Curva de dissociação da hemoglobina:
Mostra os deslocamentos para a direita e para a esquerda que podem ocorrer quando o fornecimento de oxigénio aos tecidos aumenta ou diminui, respetivamente.
Percentagens de CO2 transportado no plasma:
Observe como 90% é convertido pela anidrase carbónica em HCO
3 – dentro dos glóbulos vermelhos.
Curva de dissociação de Hb e CO2 :
Observe como a PCO 2 aumenta do lado arterial (a) para o lado venoso (v). A curva de dissociação é elevada com a diminuição da PO2 ,
referindo-se ao facto de que uma baixa concentração de O2 permite que mais CO 2 se ligue à Hb.
Transporte de CO₂
- 7%–10% de CO₂: dissolvido no plasma
- 20% de CO₂: ligado à Hb (carbaminohemoglobina)
- Os 70% restantes são bicarbonato (HCO3); O CO₂ é convertido em HCO3 pela anidrase carbónica dentro das hemácias.
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Acoplamento Ventilação/Perfusão (V/Q)
Ventilação e perfusão são os mecanismos que transportam O₂ e CO₂ entre a membrana pulmonar e os tecidos do corpo.
- Para que as trocas gasosas sejam eficientes, a ventilação e a perfusão devem ser perfeitamente compatíveis.
- Mudanças nas necessidades metabólicas ou estados de doença podem afetar a ventilação ou a perfusão de forma independente.
- Existem mecanismos para manter a ventilação e a perfusão equilibradas.
Perfusão
Perfusão é o fluxo de sangue para a vasculatura pulmonar.
- Perfusão pulmonar = débito cardíaco
- Durante o exercício pesado, a necessidade metabólica de O₂↑ e mais CO₂ deve ser removido
- Débito cardíaco e fluxo sanguíneo pulmonar ↑ para satisfazer as necessidades através de 2 mecanismos:
- Recrutamento: quando a pressão arterial pulmonar ↑, vasos colapsados abrem
- Distensão: quando a pressão arterial pulmonar ↑, os vasos arteriais que conduziam sangue em plena capacidade alargam
- Volume pulmonar e fluxo sanguíneo:
- Em ↑ volumes pulmonares, os capilares são comprimidos, produzindo ↑ resistência vascular (efeito de compressão)
- Em ↓ volumes pulmonares, os capilares também são comprimidos, ↑ resistência vascular
- Efeito da vasodilatação no fluxo sanguíneo: A pressão pleural negativa exercida nos alvéolos sendo transferidos para os vasos sanguíneos causa vasodilatação.
O diagrama explica os mecanismos de recrutamento e
distensão dos vasos sanguíneos, quando a pressão arterial pulmonar média é aumentada:
A) Alguns vasos estão abertos, mas não conduzem sangue.
B) Alguns vasos estão colapsados.
C) Outros vasos estão abertos e conduzem sangue.
D) Os vasos anteriormente abertos, não condutores, agora conduzem o sangue.
E) No 1º fase de recrutamento, vasos previamente colapsados tornam-se patentes, mas não conduzem sangue.
F) Mais tarde, durante o recrutamento, os vasos previamente colapsados
agora conduzem sangue.
G) Enquanto isso, a distensão alarga vasos, condutores de sangue, previamente abertos.
H) Agora, todos os vasos dilatam-se, levando a uma redução da resistência.
Gráfico que mostra a relação entre o volume pulmonar (eixo dos x) e a resistência vascular pulmonar (eixo dos y):
Num volume pulmonar baixo (VR: volume residual) e volume pulmonar muito alto (Capacidade Pulmonar Total: CPT) a resistência vascular aumenta.
Diagrama eque explica os mecanismos de recrutamento e distensão dos vasos sanguíneos quando a pressão arterial pulmonar média é aumentada
Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0 Efeito de dilatação do vaso:
A pressão pleural
negativa exercida sobre os alvéolos distende as paredes dos vasos sanguíneos e aumenta o seu diâmetro.
Ventilação
- Alterações na PO₂ nos alvéolos → alterações no diâmetro das arteríolas que afetam a perfusão:
- ↓ PO₂ induz vasoconstrição
- ↑ PO₂ induz vasodilatação
- Promove a redistribuição do fluxo sanguíneo para os alvéolos com maior PO₂
- Quando PO₂ ↓ em todos os alvéolos, há vasoconstrição quimiorreflexa
- Alterações na PCO₂ → alterações nos diâmetros dos bronquíolos:
- Se o CO₂ alveolar for ↑, os bronquíolos dilatam
- Se o CO₂ alveolar for ↓, os bronquíolos contraem
- Gravidade e fluxo
sanguíneo:
- Gravidade ↓ fluxo de sangue em direção ao ápice e ↑ em direção à base
Visão geral do fluxo sanguíneo pulmonar
Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0Zona 1 (Apex) do pulmão e o efeito da gravidade sobre ele:
A pressão arterial (Pa) é menor que a pressão alveolar (PA), tornando o fluxo de sangue difícil, se não impossível. A relação entre as pressões pode ser vista na caixa verde.
Zona 2 do pulmão e o efeito da gravidade sobre ele:
Há mais fluxo sanguíneo permitido pelo aumento da pressão arterial. A relação entre as pressões
pode ser vista na caixa verde.
Zona 3 (Base) do pulmão e o efeito da gravidade sobre ele:
É a zona com maior fluxo sanguíneo no pulmão. A força da gravidade torna mais sangue disponível e a pressão arterial maior do que a pressão alveolar. A relação entre as pressões pode ser vista na caixa verde.
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Hipoxemia e Hipercapnia
Existem 2 diferenças importantes de PO₂ (gradientes):
- Alvéolo-arterial (Aa): diferença na PO₂ entre os alvéolos e o sangue arterial sistémico
- Arteriovenosa (AV): diferença na PO₂ entre o sangue venoso e arterial
Diferença
arteriovenosa (av) na PO 2 entre sangue venoso e arterial:
Pressões de O2 e CO2 nos alvéolos e na circulação sistémica antes e após as trocas gasosas.
Hipóxia tecidual
- Baixa disponibilidade de O₂ para os tecidos
- A hipóxia é sentida pelos rins, estimulando a síntese de eritrócitos através da liberação de EPO.
Hipoxemia
- PO₂ baixo no sangue
- Pode ser causada por:
- Hipoventilação
- Fração inspirada de O₂ reduzida (< 21%)
- Comprometimento da difusão: difusão inadequada de gases nos capilares
- Shunt da direita para a esquerda: comunicação entre as circulações arterial e venosa pulmonar , permitindo que o sangue desoxigenado não faça parcialmente as trocas gasosas
- Desigualdade V/Q
Diagrama de uma derivação DIREITA PARA ESQUERDA:
Veja a comunicação que permite ao sangue não fazer as trocas gasosas e diminuir a pressão arterial de O2.
Hipercapnia
- PCO₂ arterial maior que 40mmHg
- Este processo pode ocorrer devido a:
- Ventilação alveolar diminuída
- Desigualdade V/Q grave
- Aumento da produção de CO₂ sem compensação ventilatória
- A ventilação alveolar e a PaCO₂ estão inversamente relacionadas.
Gradientes de PO 2 nas circulações pulmonar e sistémica:
Veja o gradiente de Aa no ponto de comunicação entre os capilares pulmonares e a circulação arterial sistémica. O gradiente av seria
a diferença entre a PO2 da circulação arterial sistémica antes dos capilares e a PO2 da circulação venosa sistémica após os capilares.
Exemplos esquemáticos de incompatibilidade de ventilação (V) para
perfusão (Q):
À direita, pode ser visto um exemplo de baixa ventilação para alta perfusão. À esquerda, pode ser visto um exemplo de alta ventilação para baixa perfusão. No centro encontra-se uma situação normal de ventilação a perfusão com uma relação de 1 para 1.
Relação ventilação/perfusão aplicada ao ápice do pulmão ereto de um indivíduo saudável:
Perfusão reduzida do ápice (direita), o efeito inflador da gravidade devido ao peso do pulmão (centro) e os parâmetros resultantes durante a inspiração (direita). Observar o aumento da relação V/Q (V/P) devido ao aumento da ventilação e à redução da perfusão.
Relação ventilação/perfusão aplicada à base do pulmão ereto de um indivíduo saudável:
Veja o aumento da perfusão da base (direita), o efeito compressivo
da gravidade devido ao peso do pulmão (centro) e os parâmetros resultantes durante a inspiração (direita). A relação V/Q (V/P) está diminuída devido ao aumento da perfusão.
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Correlação Clínica
- Anemia: diminuição das hemácias em circulação. A anemia causa uma diminuição na quantidade de O ₂ disponível à medida que a quantidade total de Hb diminui. As etiologias podem ser agrupadas com aquelas que apresentam falha na produção de eritrócitos suficientes (deficiência de ferro, displasia da medula óssea e neoplasia) e aquelas que apresentam destruição aumentada de eritrócitos (autoimune, infeciosa, genética). Os sintomas comuns de anemia incluem palidez das membranas mucosas e fadiga fácil. A oximetria de pulso permanece normal, pois a percentagem de saturação de cada molécula de hemoglobina não varia. O diagnóstico de anemia é confirmado com exames de sangue que indicam uma diminuição dos glóbulos vermelhos. O tratamento é direcionado à correção da patologia subjacente que causa a anemia.
- Policitemia: aumento das hemácias em circulação. A policitemia causa um aumento na quantidade de O₂ disponível à medida que a quantidade total de Hb aumenta. As etiologias variam de não patológicas (habitação em grandes altitudes, período de adaptação perinatal) a processos patológicos graves (neoplasia, policitemia vera). Os pacientes com policitemia geralmente têm uma tez avermelhada e podem apresentar coagulação excessiva e as suas consequências. O diagnóstico é confirmado pela contagem de células sanguíneas e o tratamento varia de acordo com a etiologia.
- Intoxicação por monóxido de carbono (CO): respirar CO diminui a quantidade de O₂ disponível na circulação de um paciente, ocupando os locais de ligação da Hb destinados ao O₂ com maior afinidade. A oximetria de pulso geralmente relata saturações normais e até elevadas, pois todos os locais de ligação da hemoglobina estão ocupados. Os pacientes geralmente relatam dor de cabeça e diminuição do nível de consciência. A intoxicação por monóxido de carbono pode ser letal se o paciente não for removido da fonte de CO.
- Edema pulmonar: presença de líquido em vez de ar nos alvéolos. A presença de fluido adicional impede as trocas gasosas adequadas, diminuindo bastante a área de superfície disponível. O edema pulmonar tem várias etiologias, incluindo insuficiência cardíaca e sépsis. Os pacientes apresentam falta de ar e muitas vezes têm crepitações audíveis no exame objetivo. A oximetria de pulso geralmente é baixa nesses pacientes. O tratamento visa remover as causas da acumulação excessiva de líquido.
Referências
- Hall, JE, & Hall, ME. (2021). Guyton and Hall textbook of medical physiology (14th ed.). Elsevier.
- Powers KA, Dhamoon AS. (2021). Physiology, pulmonary ventilation, and perfusion. StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
- Biga, LM, Dawson, S, Harwell A, Hopkins, R, et al. Anatomy and physiology. Retrieved April 26, 2021, from //openstax.org/details/books/anatomy-and-physiology