transporte de gases e equilÍbrio Ácido-base departamento de bioquímica e biologia molecular setor...
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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
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.
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
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).
• 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
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
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:
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
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%
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
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.