TRANSPORTE DE GASES E EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE

Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular Setor de Ciências Biológicas

TRANSPORTE DE GASES

Troca de gases ocorre por difusão de acordo com lei de Fick. Em organismo unicelulares ocorre através da membrana plasmática. Com aumento de tamanho dos organismos as distâncias também aumentam necessitam sistemas especializados de transporte.

Inviável a troca de gases diretamente com a atmosfera;

Existência de uma superfície para trocas (pulmões ou guelras) e um sistema para circulação (gases, nutrientes, resíduos).

ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS

WEST 2002

ESQUERDO

ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS

ZONA DE CONDUÇÃO - ZONA DE RESPIRAÇÃO

WEIBEL 1963

Superfície pulmonar 70-100 m2 (300 milhões de alvéolos pulmonares);

GÁS AR ATM mmHg

AR UMID mmHg

AR ALV mmHg

AR EXP mmHg

N2 597 78,6%

563 74,1%

569 74,9%

566 74,5%

O2 159 20,8%

149 19,6%

104 13,6%

120 15,7%

CO2 0,3 0,04%

0,3 0,04%

40 5,3%

27 3,6%

H2O 3,7 0,5%

47 6,2%

47 6,2%

47 6,2%

TOTAL 760 100%

760 100%

760 100%

760 100%

PRESSÕES PARCIAIS DOS GASES RESPIRATÓRIOS AO NÍVEL DO MAR

Trocas gasosas no sistema respiratório referem-se a DIFUSÃO do O2 e CO2 nos pulmões e nostecidos periféricos.

TRANSPORTE DE O2

Quais os processos de transporte de O2 para os tecidos

?

TRANPORTE DE OXIGÊNIO

A concentração de gás dissolvido num líquido é diretamente proporcional à sua pressão parcial.

LEI DE HENRY: trata dos gases dissolvidos em solução.

1 L plasma 3 mL de O2 dissolvido

Os gases dissolvidos no plasma obedecem à lei de Henry que estabelece que a solubilidade de um gás em determinado líquido, em determinada temperatura, é proporcional a pressão parcial do gás sobre a solução e a constante de solubilidade (dissociação) deste gás naquele líquido

LEI DE HENRY

C = K. pO2

C = quantidade de gás dissolvido no líquido;K = constante de solubilidade;pO2 = pressão parcial do gás;

TRANSPORTE DO OXIGÊNIO

• Lei de Henry : [O2] = pO2 x k

[O2]dissolvido = 100 mmHg x 0, 03 mL O2/L sangue/mmHg

[O2] = 3 mL de O2/L sangue

Indivíduo em repouso precisa de 250 mL O2/minuto

Debito cardíaco = 5 L/minuto

5000 mL/min x 3 mL de O2/ 1000 mL sangue = 15 mL O2/ minuto

TRANSPORTE DO OXIGÊNIO

• DISSOLVIDO NO PLASMA – 1,5 %

• COMBINADO COM A HEMOGLOBINA – 98,5%

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.

HEMOGLOBINA E ALOSTERIA

Quando O2 não esta ligado, o estado T é mais estável (desoxi-hemoglobina). Este estado é estabilizado por uma série de pares iônicos.

TRANSPORTE DE O2

Curva de saturação do O2 pela molécula de Hemoglobina:

A Hemoglobina liga-se a O2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão de O2

A curva de saturação não segue cinética Michaeliana devido a fortes interações entre as subunidades da hemoglobina – ligação cooperativa (aumenta a afinidade com aumento de pO2).

TRANSPORTE DE O2

Como é a Curva de saturação da Hemoglobina por O2?

TRANSPORTE DE O2

Curva de saturação do O2 pela molécula de Hemoglobina

CURVA SIGMOIDE

• Curva Sigmoide: a curva não é diretamente proporcional a pO2 devido a fortes interações entre as subunidades da Hb – ligação cooperativa

• A Hb liga-se a O2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão

CURVA DE DISSOCIAÇÃO DE O2 NO SANGUE

HEMOGLOBINA, UM TRANSPORTADOR

WEST 2002

CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO OXIGÊNIO

SAT

UR

AÇ

ÃO

%

• A Hb liga-se a O2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão

Dependência da dissociação do oxigênio da Hemoglobina com as condições químicas e

físico-químicas

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende de

1) pH

2) Temperatura

3) CO2

4) 2,3 difosfoglicerato

1) pH : aumento da acidez da hemoglobina quando ela liga-se ao oxigênio conhecido como efeito BOHR .

HHb + O2 HbO2 + H+

pH , H+ favorece a dissociação de O2

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende:

2) Temperatura:

T - tecidos em atividade metabólica intensa , favorece a dissociação do O2

T - hipotermia, extremidades do corpo, maior necessidade de O2 , favorece a captura de O2

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende:

3) CO2: aumento da pressão parcial de CO2 diminui afinidade da hemoglobina por O2.

Hb-CO2 + O2 HbO2 + CO2

PCO2 favorece a dissociação de O2

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende:

4) 2,3 difosfoglicerato: normalmente presente no sangue.

2,3 difosfoglicerato ( BPG) promove a dissociação de O2

conformação HHb (estadoT) possui cavidade grande para admitir BPG liga-se firmemente as cargas – da BPG

conformação HbO2(estado R) cavidade menor, não acomoda BPG

ATP – promove a dissociação de O2 em peixes

inositol pentafosfato -dissociação de O2 em aves

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende:

2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG)

A produção de 2,3-DPG aumenta em condições de hipóxia

TRANSPORTE DE CO2

Quais os processos de transporte de CO2 para os tecidos?

TRANSPORTE DE CO2

Processos de transporte de CO2 para os tecidos:

1. DISSOLVIDO EM SOLUÇÃO

2. COMBINADO COM A HEMOGLOBINA (HbCO2)

3. NA FORMA DE BICARBONATO

1. dissolvido em solução – 9%

TRANSPORTE DE CO2 PARA OS TECIDOS

2. combinado com a Hemoglobina (HbCO2)– 13%

carbaminohemoglobina- formado quando CO2 reage com amino grupos(imidazol da histidina) da Hb

Os sitios de ligação de O2 e CO2 não são os mesmos

quando Hb esta na forma HbO2, maior afinidade por CO2

TRANSPORTE DE CO2 PARA OS TECIDOS

3. como composto na forma de bicarbonato – 78%

CO2 + H2O H2CO3 H+ + -HCO3 DESLOCAMENTO DE Cl - anidrase difunde-se no plasma

carbônica para manter neutralidade

difusão de ions Cl para

interior dos globulos PROCESSOS QUE REGULAM

H+

DERIVADO DO TRANSPORTE DE CO2

TRANSPORTE DE CO2 PARA OS TECIDOS

WEST 2002

TRANSPORTE DO CO2 E LIBERAÇÃO DO O2

CO2 (dissolvido) 9 %Carbamino –hemoglobina HbCO2 13 %

HCO3-

78 %

• PROCESSOS QUE REGULAM H+ DERIVADO DO TRANSPORTE DE CO2

CO2 + H2O H2CO3 H+ + -HCO3 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 CO2 - 40% H+ gerado pela dissociação do H2CO3 é captado pela hemoglobina, evitando alteração do pH.

HbO2 + H+ HHb + O2 CO2 + H2O H+ + - HCO3

HbO2 + CO2 + H2O HHb + O2 + -HCO3 3- Outros mecanismos – 10%

(Hb)

DISTRIBUIÇÃO DO BICARBONATO

CAPILARES EXTRAPULMONARES

CAPILARES PULMONARES

Plasma PlasmaEritrócito 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 O2 e

TROCA ISOÍDRICA de CO2

Artetrial

Venoso

(Hb)

DISTÚRBIOS RESPIRATÓRIOS

         Hipóxia (baixo teor de oxigênio)

Pressão parcial reduzida do oxigênio no ar Anormalidades pulmonares que reduzem a difusão do

oxigênio para o sangue Diminuição de hemoglobina Incapacidade cardíaca de bombeamento adequado de

sangue Incapacidade dos tecidos em utilizar o oxigênio

Aumento de exsudato infeccioso (edema e inflamação)

Impede absorção do ar alveolar para o sangue

Pneumonia (Infecção nos pulmões)

Edema Pulmonar (líquido nos espaços intersticiais do pulmão e alvéolos)

Normalmente por pressão capilar pulmonar muito elevada (insuficiência do ventrículo esquerdo)

Líquido sai dos capilares para os tecidos e alvéolos pulmonares

Bloqueio do transporte pela membrana Morte pode ocorrer de 20 a 40 minutos

Alterações na concentração de H+, BPG e CO2 têm efeitos semelhantes sobre a ligação com de O2.

CONTROLE NO TRANSPORTE

Desequilíbrio de pH O pH normal do sangue arterial é 7.35 –

7.45 pH abaixo normal -> acidose pH acima normal -> alkalose O corpo responde a desequilíbrio ácido-

base fazendo compensação, que pode ser completa se o pH do sangue volta ao normal ou parcial se o pH ainda fica fora dos limites.

Problemas Respiratórios Acidose Respiratória é devida a

excesso de gás carbônico no sangue (pCO2 é muito alta)

Alcalose Respiratória é devida a déficit de gas carbônico no sangue ( pCO2 é muito baixa)

Compensação é Renal: Acidose Respiratória o rim excreta

prótons Alcalose Respiratória o rim retém

prótons/excreta íons hidróxido.

Problemas Metabólicos Acidose Metabólica é devida a redução

de bicarbonato no sangue Alcalose Metabólica é devida a excesso

de bicarbonato no sangue Compensação é respiratória

Acidose metabólica leva a retenção de CO2 com aumento de pCO2

Alcalose metabólica leva a excreção de CO2 com redução da pCO2

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AIRES, M. M. Fisiologia. In: Fisiologia da Respiração. 3ª Edição, Rio de Janeiro, 2008.

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.