4 fisiologia médica (guyton e hall) 9 a ed - cap 40 a 52

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Tratado de fisiologia medica cap 40 a 52

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4 fisiologia médica (guyton e hall) 9 a ed - cap 40 a 52

  1. 1. 377 CAPÍTULO 40 Transporte de Oxigênio e de Dióxido de Carbono no Sangue e em Outros Líquidos Corporais Depois de difundir-se dos alvéolos para o sangue capilar pulmonar, o oxigênio, principalmente em combinação com a hemoglobina, é transportado para os capilares dos tecidos, onde é liberado para uso das células. A presença de hemoglobina nas ternárias permite que a quantidade de oxigênio transportada pelo sangue seja 30 a 100 vezes maior do que seria se o oxigênio fosse transportado apenas sob a forma de oxigênio dissolvido na águadosangue. Nas células teciduais, o oxigênio reage com diversas substâncias nutrientes, dando origem a grandes quantidades de dióxido de carbono. Este, por sua vez, entra nos capilares dos tecidos e é transportado para os pulmões. Da mesma forma que o oxigênio, o dióxido de carbono também se combina no sangue com substâncias químicas que aumentam em 15 a 20 vezes o transporte dedióxidodecarbono. A finalidade deste capítulo é descrever, qualitativa e quantitativamente, os princípios físicos e químicos que regem o transporte de oxigênio e dióxido de carbono no sangue e em outros líquidoscorporais. AS PRESSÕES DE OXIGÊNIO E DE DIÓXIDO DE CARBONO NOS PULMÕES, NO SANGUE E NOS TECIDOS Nas discussões apresentadas no Cap. 39, foi dito que os gases podem mover-se de um ponto a outro por meio do processo de difusão e que a causa deste movimento é sempre uma diferença de pressões entre os dois pontos. Assim, o oxigênio difunde-se dos alvéolos para o sangue existente nos capilares pulmonares porque a pressão de oxigênio (Po2) nos alvéolos é maior do que a Po2 no sangue capilar pulmonar. Similarmente, nos tecidos a PO2 mais alta no sangue capilar faz com que o oxigênio se difundapara ascélulas. Inversamente, quando o oxigênio é metabolizado nas células e dá origem ao dióxido de carbono, a pressão do dióxido de carbono (Pco2) alcança um valor elevado, o que faz com que o dióxido de carbono se difunda para os capilares dos tecidos. Da mesma forma, o dióxido de carbono difunde-se do sangue para os alvéolos porque a Pco2 do sangue capilar pulmonar é superior à dos alvéolos. Basicamente, portanto, o transporte de oxigênio e de dióxido de carbono pelo sangue depende da difusão gasosa e da circulação sanguínea. No trecho que se segue, consideraremos os aspectos quantitativos envolvidos nesses fenômenos. Captação de Oxigênio pelo Sangue Pulmonar A parte superior da Fig. 40.1 representa um alvéolo pulmonar adjacente a um capilar pulmonar, ilustrando a difusão de moléculas de oxigênio entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar. A pressão parcial de oxigênio no ar alveolar (PAO2) é, em média, de 104 mm Hg, ao passo que a pressão parcial de oxigênio no sangue venoso misto (Pvo2) que chega aos capilares pulmonares é, em média, de apenas 40 mm Hg, pois uma grande quantidade de oxigênio é removida do sangue à medida que ele passa pelos tecidos periféricos. Assim sendo, a diferença de pressões que inicialmente é responsável pela difusão do oxigênio para dentro dos capilares pulmonares é de 104 - 40 - 64 mm Hg. A curva localizada abaixo do capilar mostra a rápida elevação da Po2 sanguínea, à medida que o sangue passa pelo capilar, e revela que a Po2 se torna praticamente idêntica à do ar alveolar no momento em que o sangue acaba de percorrer a primeira terça parte do comprimento do capilar, chegando quase a 104 mm Hg. Captação de Oxigênio pelo Sangue Capilar Pulmonar Durante o Exercício. Durante exercício extenuante, o corpo humano pode exigir uma quantidade de oxigênio até 20 vezes superior à normal.
  2. 2. 378 Fig. 40.2 Variações da Po2 no sangue capilar pulmonar, no sangue arteriale no sangue doscapilares sistêmicos; observa-se oefeito da mistura venosa. Fig. 40.1 Captação de oxigênio pelo sangue capilar pulmonar. (A cur- va mostrada nesta figura foi construída a partir de dados de Milhorn e Pulley: Biophys. J., 8:331, 1968.) Além disso, por causa do aumento de débito cardíaco, o tempo que o sangue permanece nos capilares pode ser reduzido a menos da metade, embora novos capilares se abram. Estes dois fenômenos poderiam prejudicar a oxigenação sanguínea. Entretanto, graças ao grande fator de segurança do processo de difusão do oxigênio através da membrana pulmonar, o sangue, ao deixar os capilares pulmonares, continua quase que totalmente saturado com oxigênio. Isto pode ser explicado como se segue. Em primeiro lugar, foi explicado, no Cap. 39, que a capacidade de difusão para o oxigênio aumenta quase três vezes durante o exercício; isto resulta principalmente do aumento da área dos capilares que participam da difusão, mas também da melhora da relação ventilação-perfusão nas partes superiores dos pulmões. Em segundo lugar, observe, na Fig. 40.1, que, quando o fluxo sanguíneo pulmonar é normal, o sangue fica quase totalmente saturado com oxigênio ao chegar ao fim do terço inicial do capilar pulmonar, havendo pouca captação adicional de sangue nos dois terços seguintes. Em outras palavras, o sangue permanece nos capilares pulmonares por um tempo que é três vezes superior ao que seria suficiente para a sua plena oxigenação. Em conseqüência, durante o exercício, mesmo com a diminuição do tempo de exposição nos capilares, o sangue ainda consegue ser totalmente oxigenado, ou quase. Transporte de Oxigênio no Sangue Arterial Do sangue que chega ao átrio esquerdo vindo do pulmão, cerca de 98% passam pelos capilares alveolares, onde foram oxigenados a ponto de ficarem com uma Po, de 104 mm Hg, conforme já explicado. Outros 2% vêm diretamente da aorta através da circulação brônquica, que supre principalmente os tecidos de sustentação dos pulmões; esta parcela de sangue não é exposta ao ar alveolar. Este fluxo sanguíneo é composto de sangue shuntado, ou seja, sangue que não passou pelas áreas onde ocorrem as trocas gasosas. Ao deixar os pulmões, o sangue shuntado tem uma Po2 que é aproximadamente igual à do sangue venoso misto normal (cerca de 40 mm Hg). Este sangue combina-se nas veias pulmonares com o sangue oxigenado proveniente dos capilares alveolares; esta mistura de sangues, à qual se dá o nome de mistura venosa de sangue, faz com que a Po2 do sangue bombeado pelo ventrículo esquerdo para dentro da aorta, caia para cerca de 95 mm Hg. A Fig. 40.2 mostra as modificações sofridas pela Po, sanguínea em diferentes pontos do sistema circulatório. Difusão do Oxigênio dos Capilares Periféricos para o Líquido dos Tecidos Quando o sangue arterial chega aos capilares dos tecidos periféricos, sua Po2 ainda é de 95 mm Hg. Por outro lado, como é mostrado na Fig. 40.3, a Po2 do líquido intersticial que circunda as células dos tecidos é, em média, de apenas 40 mm Hg. Assim, existe inicialmente uma enorme diferença de pressões que faz com que o oxigênio se difunda do sangue para os tecidos; tão rapidamente que a Po2 capilar cai a um valor quase igual aos 40 mm Hg existentes no interstício. Em conseqüência, a Po2 do sangue que deixa os capilares dos tecidos e entra nas veias também é de aproximadamente 40 mm Hg. Efeito da Intensidade do Fluxo Sanguíneo Sobre a Po2 do Líquido Intersticial. Se ocorre aumento no fluxo sangüíneo através de um determinado tecido, maior quantidade de oxigênio é levada a esse tecido na unidade de tempo e, correspondentemente, a Po, do tecido aumenta. Tal efeito é mostrado na Fig. 40.4. Observe que um "aumento de 400% no fluxo sanguíneo au- menta a Po, de 40 mm Hg (ponto A da figura) para 66 mm Hg (ponto B). Entretanto, o valor mais alto que a Po, pode alcançar, mesmo em presença de um fluxo sanguíneo máximo, é de 95 mm Hg. pois esta é a pressão parcial de oxigênio no sangue arterial. Efeito da Intensidade do Metabolismo Tecidual sobre a Po2 do Líquido Intersticial. Se as células consumirem mais oxigênio do que o normal para seu metabolismo, isto tenderá a reduzir a Po2 do líquido intersticial. A Fig. 40.4 também ilustra este efeito, mostrando que a Po2 do líquido intersticial diminui quando o consumo de oxigênio pelas células aumenta e. ao contrário, que n Po, aumenta quando o consumo diminui. Fig. 40.3 Difusão do oxigênio de um capilar tecidual para as células
  3. 3. 379 Fig .40.4 Efeitos do fluxo e do consumo de oxigênio sobre a PO2 dos tecidos. DIFUSÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO DAS CÉLULAS PARA OS CAPILARES TECIDUAIS E DOS CAPILARES PULMONARES PARA OS ALVÉOLOS Quando o oxigênio é utilizado pelas células, sua maior parte transforma-se em dióxido de carbono, com conseqüente elevação da Pco2 intracelular. Por conseguinte, o dióxido de carbono di- funde-se das células para o interior dos capilares teciduais e, em seguida, é transportado pelo sangue até os pulmões, onde sofre difusão dos capilares pulmonares para os alvéolos. Assim, em cada ponto da cadeia de transporte de gases, o dióxido de carbono difunde-se exatamente na direção oposta à difusão do oxigênio. Contudo, existe uma grande diferença entre a difusão do dióxido de carbono e a do oxigênio: o dióxido de carbono difunde-se cerca de 20 vezes mais rapidamente que o oxigênio. Por conseguinte, as diferenças de pressão que ocasionam a difusão do dióxido de carbono são, em cada caso, muito menores do que as diferenças de pressão necessárias para haver difusão de oxigênio. Essas pressões são as seguintes: 1. Pco2 intracelular de cerca de 46 mm Hg; Pco2 intersticial de cerca de 45 mm Hg; por conseguinte, existe uma diferença de pressão de apenas 1 mm Hg, conforme ilustrado na Fig. 40.5. 2. Pco2 do sangue arterial que chega aos tecidos, 40 mm Hg; Pco3 do sangue venoso que deixa os tecidos, cerca de 45 mm Hg; por conseguinte, conforme também indicado na Fig. 40.5, o sangue capilar tecidual entra quase exatamente em equilí- brio com a Pco2 intersticial, que também é de 45 mm Hg. 3. Pco2 do sangue venoso que penetra nos capilares pulmo- nares, 45 mm Hg; Pco2 do ar alveolar, 40 mm Hg; por conse guinte, diferença de pressão de apenas 5 mm Hg determina toda a difusão necessária de dióxido de carbono dos capilares pulmo- nares para os alvéolos. Além disso, conforme ilustrado na Fig. 40.6, a Pco2 do sangue capilar pulmonar cai quase exatamente até um valor igual ao da Pco2 alveolar de 40 mm Hg antes de ter percorrido mais de cerca de um terço da distância ao longo dos capilares. Trata-se do mesmo efeito que foi observado antes para a difusão do oxigênio. Efeito do metabolismo tecidual e do fluxo sanguíneo sobre a Pco2 intersticial. O fluxo sanguíneo capilar e o metabolismo teciduais afetam a Pco2 de maneira exatamente oposta à que afetam a Po2 tecidual. A Fig. 40.7 mostra esses efeitos: 1. A redução do fluxo sanguíneo normal, indicado no ponto A, para um quarto do normal, indicado no ponto B, eleva a PCO2 tecidual de seu valor normal de 45 mm Hg para o nível de 60 mm Hg. Por outro lado, o aumento do fluxo sanguíneo para seis vezes o seu valor normal, indicado no ponto C, diminui Fig. 40.6 Difusão do dióxido de carbono do sangue capilar para o alvéolo. (Esta curva foi construída a partir de dados de Milhorn e Pulley: Biophys- /., 5:337, 1968.) a Pco2 normal de 45 mm Hg para 41 mm Hg, ou seja, até quase o nível igual à Pco2 no sangue arterial, de 40 mm Hg, ao penetrar nos capilares teciduais. 2. Deve-se também observar que um aumento de três vezes do metabolismo eleva acentuadamente a Pco2 para todos os níveis do fluxo sanguíneo, enquanto a diminuição do metabolismo para um quarto do normal acarreta queda da Pco2 no líquido inters- ticial para cerca de 41 mm Hg, aproximando-se muito da obser- vada no sangue arterial, de 40 mm Hg. TRANSPORTE DO OXIGÊNIO NO SANGUE Em condições normais, cerca de 97% do oxigênio transpor- tado dos pulmões para os tecidos estão quimicamente combinados com a hemoglobina presente nos eritrócitos, enquanto os 3% restantes são transportados no estado dissolvido na água do plas- ma e das células. Por conseguinte, em condições normais, o oxigênio é transportado até os tecidos quase totalmente pela hemoglobina. Fig. 40.5 Captação de dióxido de carbono pelo sangue nos capilares. Fig. 40.7 Efeito do fluxo sanguíneo e do metabolismo sobre a Pco2 tecidual.
  4. 4. 380 Fig. 40.9 Efeito da Po2 do sangue sobre a quantidade de oxigênio ligado à hemoglobina em cada 100 ml de sangue. Hg. 40.8 Curva de dissociação de oxigênio-hemoglobina. COMBINAÇÃO REVERSÍVEL DO OXIGÊNIO COM A HEMOGLOBINA A química da hemoglobina foi apresentada no Cap. 32, onde foi frisado que a molécula de oxigênio se combina fracamente e de modo reversível com a porção heme da hemoglobina. Quan- do a Po2 está elevada, como ocorre nos capilares pulmonares, o oxigênio liga-se à hemoglobina; entretanto, quando a Po2 está baixa, como nos capilares teciduais, o oxigênio é liberado da hemoglobina. Esta é à base do transporte de quase todo o oxigênio dos pulmões para os tecidos. Curva de dissociação do oxigênio-hemoglobina. A Fig. 40.8 ilustra a curva de dissociação do oxigênio-hemoglobina, mos- trando aumento progressivo da percentagem de hemoglobina que se liga ao oxigênio à medida que a Po2 aumenta. Esse pro- cesso é denominado percentagem de saturação da hemoglobina. Como o sangue nas artérias possui geralmente Po2 de cerca de 95 mm Hg, podemos verificar, com base na curva de dissociação, que a saturação habitual do oxigênio do sangue arterial situa-se em torno de 97%. Por outro lado, no sangue venoso normal que retorna dos tecidos, a Po2 é de cerca de 40 mm Hg, e a saturação da hemoglobina êde cerca de 75%. Quantidade máxima de oxigênio que pode combinar-se com a hemoglobina do sangue. O sangue de uma pessoa normal contém aproximadamente 15 g de hemoglobina para cada 100 ml de sangue, cada grama de hemoglobina pode ligar-se a cerca de 1,34 ml de oxigênio, no máximo (1,39 ml quando a hemoglobina é quimicamente pura; todavia, esse valor fica reduzido devido a impurezas, como a metemoglobina). Por conseguinte, em mé- dia, a hemoglobina presente em 100 ml de sangue pode combi- nar-se a um total de quase exatamente 20 ml de oxigênio quando a saturação da hemoglobina é de 100%. Geralmente, isso é ex- presso como 20 volumes por cento. Por conseguinte, a curva de dissociação do oxigênio-hemoglobina para a pessoa normal também pode ser expressa em termos de volume por cento de oxigênio, conforme indicado na escala da Fig. 40.8 à direita, cm lugar de sê-lo em percentagem de saturação da hemoglobina. Quantidade de oxigênio liberado pela hemoglobina nos teci- dos. A quantidade total de oxigênio ligada à hemoglobina no sangue arterial normal, cuja saturação é de 97%, é de cerca de 19,4 ml por litro de sangue. Isso está ilustrado na Fig. 40.9. Ao passar pelos capilares teciduais, essa quantidade é reduzida, em média, para 14,4 ml (Po2 de 40 mm Hg, saturação da hemoglobina de 15%). Assim, em condições normais, cerca de 5 ml de oxigênio são transportados até os tecidos em cada de litro de sangue. Transporte do oxigênio durante o exercício intenso. No exer- cício pesado, as células musculares utilizam oxigênio com alta velocidade, determinando queda da Po2, do líquido intersticial para apenas 15 mm Hg. Nessa pressão, apenas 4,4 ml de oxigênio continuam ligados à hemoglobina em cada decilitro de sangue, conforme indicado na Fig. 40.9. Dessa maneira, 19,4 — 4,4, ou seja 15 ml, é a quantidade de oxigênio que passa, então, a ser transportada em cada 100 ml de sangue. Por conseguinte, ocorre transporte de três vezes mais oxigênio em cada volume de sangue que passa pelos tecidos. E, se lembrarmos que o débito cardíaco também pode aumentar de seis a sete vezes em corre- dores bem treinados de maratona, a multiplicação desses dois valores dará um aumento de 20 vezes no transporte de oxigênio para os tecidos: esse é, aproximadamente, o limite que pode ser alcançado. Coeficiente de utilização. A percentagem de sangue que for- nece seu oxigênio ao fluir pelos capilares teciduais é denominada coeficiente de utilização. Seu valor normal é de aproximadamente 25%, como podemos depreender da exposição anterior. Todavia, durante o exercício intenso, o coeficiente de utilização em todo o organismo pode aumentar por até 75 a 85%. E, nas áreas teciduais locais onde o fluxo sanguíneo é muito lento ou onde o metabolismo é muito elevado, foram registrados coeficientes de utilização que se aproximam de 100% — ou seja, ocorre remoção de praticamente todo o oxigênio. EFEITO DA HEMOGLOBINA NO "TAMPONAMENTO" DO OXIGÊNIO TECIDUAL Embora a hemoglobina seja necessária para o transporte de oxigênio para os tecidos, ela ainda desempenha outra função importante, essencial à vida. Com efeito, ela atua como sistema tampão do oxigênio tecidual", isto é, a hemoglobina no sangue é a principal responsável pela estabilização da pressão de oxigênio nos tecidos. Esse processo pode ser explicado da seguinte ma- neira: Papel da hemoglobina para manter constante a Po2 nos teci- dos. Em condições basais, os tecidos necessitam de cerca de 5 ml de oxigênio de cada decilitro de sangue que flui pelos capila- res teciduais. Retornando à curva de dissociação de oxigênio- hemoglobina da Fig. 40.9, poderemos verificar que, para serem liberados 5 ml de oxigênio, a Po2 deve cair para cerca de 40 mm Hg. Por conseguinte, a Po2 tecidual, normalmente, não pode elevar-se acima desse nível de 40 mm Hg, visto que, se isso ocorresse, o oxigênio necessário para os tecidos não poderia
  5. 5. 381 ser liberado da hemoglobina. Dessa maneira, a hemoglobina estabelece normalmente um limite superior de cerca de 40 mm Hg para a pressão gasosa dos tecidos. Por outro lado, no exercício intenso, grandes quantidades adicionais de oxigênio devem ser liberadas da hemoglobina para os tecidos. Todavia, essa liberação pode ser efetuada com um decréscimo adicional muito pequeno da Po2 tecidual — até um nível de 15 a 25 mm Hg —, devido à inclinação acentuada da curva de dissociação; isto é, a queda pequena da Po2 determina a liberação de grandes quantidades de oxigênio. Podemos concluir, então, que a hemoglobina no sangue libe- ra automaticamente oxigênio para os tecidos, com pressão que é mantida rigorosamente entre cerca de 15 a 40 mm Hg. Valor da hemoglobina para manter a Po2 tecidual constante quando a concentração de oxigênio atmosférico modifica-se de modo acentuado. A Po2 normal nos alvéolos é de cerca de 104 mm Hg; entretanto, quando se escala uma montanha ou se voa num avião, a Po2 pode facilmente cair para menos da metade desse valor. Ou, quando se entra em áreas de ar comprimido, como na profundidade do oceano ou em câmaras pressurizadas, a Po2 pode aumentar por até 10 vezes. Mesmo assim, a Po2 tecidual modifica-se muito pouco. Vamos explicar isso. Com base na curva de dissociação do oxigênio-hemoglobina na Fig. 40.8, podemos verificar que, quando a Po2 alveolar dimi- nui para 60 mm Hg, a saturação da hemoglobina arterial ainda é de 89%, ou seja, apenas 8% abaixo da saturação normal de 97%. Além disso, os tecidos ainda removem cerca de 5 ml de oxigênio de cada decilitro de sangue que flui pelos tecidos; para remover esse oxigênio, a Po3 do sangue venoso cai para 35 mm Hg, apenas 5 mm abaixo do valor normal. Por conseguinte, a Po2 tecidual dificilmente se modifica, a despeito da acentuada queda da Po2 alveolar de 104 para 60 mm Hg. Por outro lado, quando a Po2 alveolar se eleva até 500 mm Hg, a saturação máxima de oxigênio da hemoglobina nunca pode ultrapassar 100%, o que corresponde a apenas 3% acima do nível normal de 97%. Somente pequena quantidade de oxigênio adicional dissolve-se no líquido do sangue, conforme discutido adiante. Por conseguinte, quando o sangue flui pelos capilares teciduais, ele ainda perde alguns mililitros de oxigênio para os tecidos, o que reduz automaticamente a Po2 do sangue capilar para um valor de apenas poucos milímetros acima do normal de 40 mm Hg. Conseqüentemente, o nível de oxigênio alveolar pode variar sobremaneira — de 60 para mais de 500 mm Hg de Po2 — e, mesmo assim, a Po3 do tecido não varia por mais do que alguns milímetros em relação ao normal, ilustrando magnifica- mente a função de tamponamento do oxigênio tecidual pela he- moglobina do sangue. DESVIO DA CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO OXIGÊNIO-HEMOGLOBINA E SEU SIGNIFICADO As curvas de dissociação de oxigênio-hemoglobina das Figs. 40.8 e 40.9 são as do sangue comum normal. Entretanto, diversos fatores distintos podem deslocar a curva de dissociação em uma ou outra direção, como ilustra a Fig. 40.10. Essa figura mostra que, quando o sangue se torna ligeiramente ácido, com declínio do pH de seu valor normal de 7,4 para 7,2, a curva de dissociação do oxigênio-hemoglobina desvia- se, em média, por cerca de 15% para a direita. Por outro lado, o aumento do pH para 7,6 desloca a curva, em proporção semelhante, para a esquer- da. Além das alterações do pH, também são conhecidos vários outros fatores que causam desvio da curva. Três desses fatores. que deslocam a curva para a direita, são: (1) aumento da concentração de dióxido de carbono, (2) elevação da temperatura corporal, e (3) aumento do 2,3-difosfoglicerato, um composto de fosfato normalmente presente no sangue, porém em diversas concentrações cm diferentes condições. Fig. 40.10 Desvio da curva de dissociação de oxigênio-hemoglobina para a direita, devido a aumento (1) dos íons hidrogênio, (2) do CO2, (3) da temperatura, ou (4) do 2,3-difosfoglicerato (DPG). Uma condição que desvia a curva de dissociação para a esquerda é a presença no sangue de grandes quantidades de hemoglobina fetal, um tipo de hemoglobina normalmente presente no feto antes do nasci- mento, que difere da hemoglobina normal denominada hemoglobina do adulto. O desvio da curva para a esquerda na presença de hemoglobina fetal é importante para o suprimento de oxigênio aos tecidos fetais nas condições hipóxicas em que vive o feto. Esse aspecto será discutido com maiores detalhes no Cap. 82. Importância do efeito do dióxido d« carbono e dos íons hidrogênio para o desvio da curva de dissociação do oxigênio- hemoglohina — efeito Bohr. O desvio da curva de dissociação do oxigênio-hemoglobina ocasionado por variações do CO2 e dos íons hidrogênio do sangue possui efeito muito significativo, aumentando a oxigenação do sangue nos pulmões, bem como a liberação de oxigênio do sangue nos tecidos- Trata-se do denominado efeito Bohr, que pode ser explicado da seguinte maneira: quando o sangue passa pelos pulmões, o dióxido de carbono sofre difusão do sangue para os alvéolos. Essa difusão reduz a Pco2 do sangue e, também, diminui a concentração de íons hidrogênio, devido à conseqüente redução do ácido carbônico do sangue. Ambos os efeitos desviam a curva de dissociação do oxigênio- hemoglobina para a esquerda e para cima, conforme ilustrado na Fig. 40.10. Por conseguinte, a quantidade de oxigênio que se liga à hemoglobina em qualquer nível da Po2 alveolar aumenta de modo considerável, permitindo, assim, maior transporte de oxigênio para os tecidos. A seguir, quando o sangue alcança os capilares teciduais. verifica- se exatamente o efeito oposto. O dióxido de carbono que penetra no sangue a partir dos tecidos desvia a curva para a direita, o que desloca o oxigênio da hemoglobina e, portanto, faz com que os tecidos recebam oxigênio sob Po2 mais alta que a que poderia ocorrer em outras condições. Efeito do 2,3-difosfoglicerato (DPG). O DPG normal no sangue mantêm a curva de dissociação oxigênio-hemoglobina ligeiramente desviada para a direita. Além disso, em condições de hipoxia que perdurem por mais de algumas horas, a quantidade de DPG no sangue aumenta de modo considerável, com o conseqüente desvio da curva de dissociação ainda mais para a direita. Esse maior deslocamento determina a liberação de oxigênio para os tecidos com pressão de oxigênio 10 mm Hg maior do que a que ocorreria sem esse aumento do DPG. Por conseguinte, afirmava-se no passado que esse poderia constituir num mecanismo importante de adaptação à hipoxia. Todavia, a presença de DPG em excesso também dificulta a combinação da hemoglobina com o oxigênio nos pulmões quando a Po2 alveolar está reduzida, causando quase sempre tanto prejuízo quanto benefício. Por isso, é questionável o fato de o desvio da curva de dissociação pelo DPG ser tão benéfico na hipoxia quanto se acreditava. Desvio da curva de dissociação durante o exercício. No exercício, diversos fatores desviam consideravelmente a curva de dissociação para a direita. Os músculos em atividade liberam grandes quantidades de dióxido de carbono; este, em associação com vários ácidos liberados pelo músculo em exercício, aumenta a concentração de íons hidrogênio no sangue capilar dos músculos.
  6. 6. 382 Além disso, a temperatura do músculo quase sempre se eleva por 2 a 3D C, e, por fim, ocorre liberação de compostos de fosfato. Todos esses fatores atuam em conjunto para desviar consideravelmente a curva de dissociação de oxigênio-hemoglobina do sangue capilar muscular para a direita. Esse desvio para a direita da curva da hemoglobina permite, algumas vezes, a liberação de oxigênio no músculo com Po2 elevada, de até 40 mm Hg (valor normal em repouso), até mesmo quando até 75 a 85% do oxigênio estão sendo removidos da hemoglobina. A seguir, nos pulmões, o desvio ocorre na direção oposta, permitindo, assim, a captação de maiores quantidades de oxigênio dos alvéolos. UTILIZAÇÃO METABÓLICA DO OXIGÊNIO PELAS CÉLULAS Relação entre a Po2 intracelular e a velocidade de utilização do oxigênio. Apenas um diminuto nível de pressão de oxigênio é necessário nas células para que ocorram as reações químicas intracelulares normais. A razão disso é que os sistemas enzimá- ticos respiratórios da célula, que serão discutidos no Cap. 67, estão estruturados de tal maneira que, quando a Po2 celular é superior a 1 a 3 mm Hg, a disponibilidade de oxigênio deixa de ser um fator limitante para a velocidade das reações químicas. Ao contrário, o principal fator limitante passa a ser a concen- tração de difosfato de adenosina (ADP) nas células, conforme explicado no Cap. 3. Esse efeito está ilustrado na Fig. 40.11, que mostra a relação entre a Po2 intracelular e a velocidade de utilização do oxigênio. Podemos observar que, toda vez que a Po2 intracelular for superior a 1 a 3 mm Hg, a velocidade de utilização do oxigênio fica constante, qualquer que seja a concentração de ADP na célula. Por outro lado, quando a concen- tração de ADP se encontra alterada, a velocidade de utilização do oxigênio modifica-se proporcionalmente à variação da concen- traçãode ADP. Conforme discutido no Cap. 3, quando o trifosfato de adeno- sina (ATP) é utilizado nas células para fornecer energia, ele se converte em ADP. Por sua vez, a concentração crescente de ADP aumenta a utilização metabólica do oxigênio e dos vários nutrientes que se combinam com ele para liberar energia. Essa energia é utilizada para a nova síntese de ATP. Por conseguinte, em condições normais de operação, a velocidade de utilização Fig. 40.11 Efeito da Po2 intracelular sobre a velocidade de utilização do oxigênio pelas células. Observar que o aumento da concentração intracelular de difosfato de adenosina (ADP) aumenta a velocidade de utilizaçãodo oxigênio. do oxigênio pelas células é controlada, em última análise, pela velocidade do consumo energético nas células — isto ê, pela veloci- dade de formação do ADP a partir do ATP. Somente nos estados muitos hipóxicos é que a disponibilidade de oxigênio passa a constituir condição limitante. Efeito da distância de difusão entre os capilares e as células na utilização do oxigênio. Raramente a distância entre as células e um capilar é maior do que 50 /xm, de modo que, normalmente, o oxigênio pode difundir-se dos capilares para as células com rapidez suficiente para suprir toda a quantidade necessária de oxigênio utilizado no metabolismo. Todavia, em certas ocasiões, as células se localizam a distâncias maiores dos capilares, e a velocidade de difusão do oxigênio para elas é tão lenta que a Po2 intracelular cai abaixo do nível crítico de 1 a 3 mm Hg, necessário para manter o metabolismo intracelular máximo. Por conseguinte, nessas condições, a utilização do oxigênio pelas célu- las é limitada pela difusão, e não pela quantidade de ADP forma- do no interior das células. Felizmente, isso quase nunca ocorre, exceto em estados patológicos. Efeito do fluxo sanguíneo sobre a utilização metabólica do oxigênio. A quantidade total de oxigênio disponível por minuto, para sua utilização em qualquer tecido, é determinada (1) pela quantidade de oxigênio transportado em cada decilitro de sangue e (2) pela velocidade do fluxo sanguíneo. Se a velocidade do fluxo sanguíneo cair para zero, a quantidade de oxigênio dispo- nível obviamente também cai para zero. Por conseguinte, há momentos em que a velocidade do fluxo sanguíneo por determi- nado tecido pode ser tão lenta que a Po2 tecidual cai abaixo do valor crítico de 1 a 3 mm Hg, necessário para o metabolismo intracelular máximo. Nessas condições, a velocidade de utilização do oxigênio pelos tecidos é limitada pelo fluxo sanguíneo. Toda- via, nem a utilização do oxigênio limitada pela difusão, nem a limitada pelo fluxo sanguíneo podem persistir por muito tempo, visto que as células nessas condições recebem menos oxigênio do que o necessário para a manutenção de sua própria vida. TRANSPORTE DE OXIGÊNIO NO ESTADO DISSOLVIDO Na Po2 arterial normal de 95 mm Hg, cerca de 0,29 ml de oxigênio estão dissolvidos em cada decilitro de sangue. A seguir, quando a Po2 do sangue cai para 40 mm Hg, nos capilares teciduais, apenas 0,12 ml de oxigênio permanecem dissolvidos. Em outras palavras, 0,17 ml de oxigênio são normalmente transportados no estado dissolvido aos tecidos em cada decilitro de sangue. Esse valor contrasta com quase 5,0 ml transportados pela hemoglobina. Por conseguinte, a quantidade de oxigênio transportada para os tecidos no estado dissolvido é normalmente pequena, de apenas cerca de 3% do total, em comparação com os 97% transportados pela hemoglobina. Durante o exercício intenso, quando a liberação de oxigênio da hemoglobina para os tecidos aumenta por três vezes, a quantidade relativa transportada, então no estado dissolvido, cai para apenas 1,5%. Contudo, se a pessoa respirar oxigênio com Po, alveolar muito alta, a quantidade transportada no estado dissolvido pode ficar muito maior, a ponto de, por vezes, ocorrer excessos pronunciados de oxigênio nos tecidos, com o conseqüente "envenenamento por oxigênio". Isso quase sempre resulta em convulsões e, até mesmo, em morte, conforme discutido com maiores detalhes no Cap. 44, em relação à respiração sob alta pressão. COMBINAÇÃO DA HEMOGLOBINA COM MONÓXIDO DE CARBONO — DESLOCAMENTO DO OXIGÊNIO O monóxido de carbono combina-se com a hemoglobina no mesmo ponto da molécula de hemoglobina onde o faz o oxigênio, podendo deslocá-lo da hemoglobina. Além disso, o monóxido de carbono liga-se com afinidade cerca de 250 vezes a do oxigênio, conforme ilustrado pela curva de dissociação de monóxido de carbono-hemoglobina da Fig. 40.12. Essa curva é quase idêntica à da dissociação de oxigênio-hemo- globina, exceto que as pressões do monóxido de carbono, indicadas na abscissa, estão em um nível de 1/250 do da curva de dissociação
  7. 7. 383 Fig. 40.12 Curva de dissociação de monóxido de carbono-hemoglobina. Observar as pressões extremamente baixas com que o monóxido de carbono se combina com a hemoglobina. de oxigênio - hemoglobinada Fig. 40.8. Por conseguinte, pressão de monóxido de carbono de apenas 0,4 mm Hg nos alvéolos, 1/250 a do oxigênio alveolar, permite ao monóxido de carbono competir em igualdade com o oxigênio por sua combinação com a hemoglobina, de modo que metade da hemoglobina do sangue liga-se ao monóxido de carbono, e não ao oxigênio. Assim, uma pressão de monóxido de carbono d£ pouco mais de 0.4 mm Hg (cerca de 0,7 mm Hg, ou concentração de cerca de 0,1% no ar) pode ser letal. A administração de oxigênio puro a um paciente com grave intoxi- cação por monóxido de carbono pode ser muito eficaz como tratamento, visto que o oxigênio sob pressões alveolares elevadas desloca o monóxido de carbono de sua combinação com a hemoglobina com muito mais rapidez do que o faz o oxigênio na baixa pressão atmosférica. O paciente também pode ser beneficiado pela administração simul- tânea de alguns por cento de dióxido de carbono, que estimula fortemente o centro respiratório, conforme discutido no capítulo seguinte. Isso au- menta a ventilação alveolar e reduz a concentração alveolar de monóxido de carbono, permitindo a liberação de quantidades aumentadas de monó- xido de carbono do sangue. Com a oxigenoterapia intensiva e o uso de dióxido de carbono, é possível remover o monóxido de carbono do sangue com velocidade 10 a 20 vezes maior do que sem terapia. TRANSPORTE DO DIÓXIDO DE CARBONO NO SANGUE O transporte de dióxido de carbono no sangue não repre- senta problema tão grande quanto o do oxigênio, visto que, mesmo na maioria das condições anormais, o dióxido de carbono geralmente pode ser transportado em quantidades muito maiores que o oxigênio. Todavia, a quantidade de dióxido de carbono no sangue tem relação muito maior com o equilíbrio ácido-básico dos líquidos corporais, o que foi discutido no Cap. 30. Em condições normais de repouso, são transportados, em média, 4 ml de dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões em cada decilitro de sangue. FORMAS QUÍMICAS NAS QUAIS O DIÓXIDO DE CARBONO É TRANSPORTADO Para iniciar o processo de transporte do dióxido de carbono, ele se difunde das células teciduais sob a forma de CO2 molecular dissolvido (mas não em grau significativo sob forma de bicarbo- nato, visto ser a membrana celular quase impermeável aos íons bicarbonato). Ao penetrar no capilar, o dióxido de carbono de- sencadeia uma série de reações físicas e químicas quase instantâ- neas, ilustradas na Fig. 40.13, que são essenciais para seu trans- porte. Transporte do dióxido de carbono no estado dissolvido. Uma pequena porção do dióxido de carbono é transportada até os pulmões no estado dissolvido. Devemos recordar que a Pco2 do sangue venoso é de 45 mm Hg, enquanto a do sangue arterial ê de 40 mm Hg. A quantidade de dióxido de carbono dissolvido no sangue a 45 mm Hg é de cerca de 2,7 ml/dl (2,7 volumes por cento). A quantidade dissolvida a 40 mm Hg é de cerca de 2,4 ml, ou seja, uma diferença de 0,3 ml. Por conseguinte, apenas cerca de 0,3 ml de dióxido de carbono são transportados na forma dissolvida em cada decilitro de sangue. Isso corresponde a cerca de 7% de todo o dióxido de carbono transportado. Transporte do dióxido de carbono sob forma de íon bicarbo- nato. Reação do dióxido de carbono com a água nos eritrócitos — efeito da anidrase carbônica. O dióxido de carbono dissolvido no sangue reage com a água para formar ácido carbônico. Todavia, essa reação ocorreria muito lentamente para ter importância, não fosse a presença, no interior dos eritrócitos, da enzima deno- minada anidrase carbônica, que catalisa a reação entre o ácido carbônico e a água, acelerando sua velocidade por cerca de 5.000 vezes. Por conseguinte, em lugar de ocorrer dentro de muitos segundos ou minutos, conforme observado no plasma, a reação prossegue tão rapidamente nos eritrócitos que atinge o equilíbrio quase completo em fração de segundo. Isso permite a reação de enormes quantidades de dióxido de carbono com a água dos eritrócitos, até mesmo antes de o sangue deixar os capilares teciduais. Dissociação do ácido carbônico em íons bicarbonato e hidrogênio. Em outra pequena fração de segundo, o ácido carbônico formado nos eritrócitos dissocia-se em íons hidrogênio e íons bicarbonato. A seguir, a maior parte dos íons hidrogênio combina-se com a hemoglobina nos eritrócitos, visto ser a hemoglobina um poderoso tampão ácido-básico. Por sua vez, muitos dos íons bicarbonato difundem-se para o plasma, enquanto os íons cloreto difundem-se para os eritrócitos, tomando seu lugar. Isso é possível devido à presença da proteína transportadora de bicarbonato-cloreto na membrana do eritrócito, que determina o movimento desses dois íons em direções opostas com alta velocidade. Por conseguinte, o conteúdo de cloreto dos eritrócitos no sangue venoso é maior que o das células arteriais, sendo esse fenômeno conhecido como desvio do cloreto. A combinação reversível do dióxido de carbono com a água Fig. 40.13 Transporte do dióxido de carbono no sangue
  8. 8. 384 nos eritrócitos, sob influência da anidrase carbônica, é provavel- mente responsável por cerca de 70% do dióxido de carbono transportado dos tecidos para os pulmões. Por conseguinte, esse meio de transporte do dióxido de carbono é, sem dúvida alguma, o mais importante de todos os mecanismos de transporte. Com efeito, quando se administra um inibidor da anidrase carbônica (acetazolamida) a um animal para bloquear a ação da anidrase carbônica nos eritrócitos, o transporte de dióxido de carbono a partir dos tecidos fica muito deficiente, a ponto de a Pco2 tecidual poder aumentar e atingir 80 mm Hg, em lugar do valor normal de 45 mm Hg. Transporte do dióxido de carbono em combinação com a hemoglobina e as proteínas plasmáticas — carbaminoemoglobina. Alem de reagir com a água, o dióxido de carbono também reage diretamente com a hemoglobina, formando o composto carbami- noemoglobina (CO2 HHb). Essa combinação do dióxido de car- bono com a hemoglobina é uma reação reversível que ocorre com ligação muito frouxa, de modo que o dióxido de carbono é liberado facilmente para os alvéolos, onde a Pco2 é inferior à dos capilares teciduais. Uma pequena quantidade de dióxido de carbono também reage dessa mesma maneira com as proteínas plasmáticas, embora se trate de uma reação muito menos signifi- cativa, uma vez que a quantidade dessas proteínas corresponde apenas a um quarto da quantidade da hemoglobina. A quantidade teórica de dióxido de carbono que pode ser transportada dos tecidos para os pulmões em combinação com a hemoglobina e com as proteínas plasmáticas é de cerca de 30% da quantidade total transportada — isto é, cerca de 1,5 ml de dióxido de carbono em cada decilitro de sangue. Todavia, essa reação é muito mais lenta do que a do dióxido de carbono com água no interior dos eritrócitos. Por conseguinte, é duvidoso que esse mecanismo seja responsável pelo transporte de mais de 15 a 25% da quantidade total de dióxido de carbono. CURVADE DISSOCIAÇÃODODIÓXIDODE CARBONO É evidente que o dióxido de carbono pode existir no sangue sob muitas formas distintas: (1) como dióxido de carbono livre e (2) em combinações químicas com água, hemoglobina e proteí- nas plasmáticas. A quantidade total de dióxido de carbono combi- nada com o sangue sob todas essas formas depende da Pco2 Acurva da Fig. 40.14 mostra essa dependência do CO, sanguíneo total, em todas as suas formas em relação à Pco2; essa curva é denominada curva de dissociação do dióxido de carbono. Podemos observar que a Pco2 normal do sangue varia entre os limites de 40 mm Hg no sangue arterial e 45 mm Hg no sangue venoso, representando, pois, uma faixa muito estreita. Podemos constatar, também, que a concentração normal de dió- xido de carbono no sangue é de cerca de 50 volumes por cento, mas que apenas 4 volumes por cento desse valor são efetivamente trocados durante o transporte normal do dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. Isto é, a concentração se eleva para cerca de 52 volumes por cento, à medida que o sangue flui pelos tecidos, caindo para cerca de 48 volumes por cento quando passa pelos pulmões. EFEITO DA REAÇÃO DO OXIGÊNIO-HEMOGLOBINA SOBRE O TRANSPORTE DE DIÓXIDO DE CARBONO — EFEITO HALDANE No início deste capítulo, assinalamos que o aumento do dióxido de carbono no sangue determina o deslocamento de oxigênio da hemoglo- bina, constituindo um fator importante na promoção do transporte de oxigênio. O contrário também é verdadeiro: a ligação do oxigênio à hemoglobina tende a deslocar o dióxido de carbono do sangue. De fato, esse efeito, denominado efeito Haldane, é quantitativamente muito mais importante para promover o transporte de dióxido de carbono do que o efeito de Bohr para o transporte do oxigênio. O efeito Haldane resulta do simples fato de que a combinação do oxigênio com a hemoglobina faz com que ela se transforme em ácido mais forte. Por sua vez, essa hemoglobina mais ácida desloca o dióxido de carbono do sangue de duas maneiras: (1) A hemoglobina mais forte- mente ácida tem menos tendência a se combinar com o dióxido de carbo- no para formar carbaminoemoglobina, deslocando, assim, grande parte do dióxido de carbono presente sob a forma carbamina. (2) A maior acidez da hemoglobina acarreta a liberação de excesso de íons hidrogênio; esses, por sua vez, ligam-se a íons bicarbonato para formar ácido carbônico. A seguir, o ácido carbônico dissocia se em água e dióxido de carbono, que é liberado do sangue para os alvéolos. Por conseguinte, nos capilares teciduais, o efeito Haldane aumenta a captação de dióxido de carbono devido à remoção do oxigênio da hemoglobina, ao passo que, nos pulmões, produz aumento da liberação de dióxido de carbono, devido à captação de oxigênio pela hemoglobina. A Fig- 40.15 ilustra, em termos quantitativos, o significado do efeito Haldane sobre o transporte do dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. Essa figura mostra pequeno trecho de duas curvas de disso- ciação de dióxido de carbono distintas, a curva continua, quando a Pco2 é de 100 mm Hg, que é o caso dos pulmões, e a curva tracejada, quando a Po2 é de 40 mm Hg, como ocorre nos capilares teciduais. O ponto A da curva tracejada mostra que a Pco2 normal de 45 mm Hg nos tecidos determina a combinação de 52 volumes por cento de dióxido de carbono com o sangue. Ao penetrar nos pulmões, a PCO2 cai para 40 mm Hg, enquanto a Po2 se eleva c atinge 100 mm Hg. Se a curva de dissociação do dióxido de carbono não sofresse desvio devido ao efeito Haldane, o conteúdo de dióxido de carbono do sangue cairia apenas para 50 volumes por cento, o que corresponderia à perda de Fig. 40.14 Curva de dissociação do dióxido de carbono. Fig. 40.15 Trechos de curvas de dissociação do dióxido de carbono quan- do a Po2 é de 100 mm Hg e 40 mm Hg, respectivamente. A seta representa o efeito Haldane sobre o transporte de dióxido de carbono, conforme explicado no texto.
  9. 9. 385 apenas 2 volumes por cento de dióxido de carbono. Todavia, o aumento da Po2 nos pulmões diminui a curva de dissociação de dióxido de carbono da linha tracejada para a linha contínua da figura, de modo que o conteú- do de dióxido de carbono cai para 48 volumes por cento (ponto B). Isso representa perda adicional de 2 volumes por cento de dióxido de carbono. Por conseguinte, o efeito Haldane aproximadamente duplica a quantidade de dióxido de carbono liberada do sangue nos pulmões e quase duplica a captação de CO2 nos tecidos. VARIAÇÃO DA ACIDEZ DO SANGUE DURANTE O TRANSPORTE DE DIÓXIDO DE CARBONO O ácido carbônico formado quando o dióxido de carbono entra no sangue tecidual diminui o pH sanguíneo. Felizmente, apesar disso, a reação desse ácido com os tampões do sangue evita a ocorrência de aumento acentuado na concentração de íons hidrogênio. Em geral, o sangue arterial tem pH de cerca de 7,41, e, quando o sangue adquire dióxido de carbono nos capilares teciduais, o pH cai para um valor venoso de aproximadamente 7,37. Em outras palavras, ocorre variação de 0,04 unidade do pH. Verifica-se o processo inverso quando o dióxido de carbono é liberado no sangue para os pulmões; o pH se eleva mais uma vez e atinge seu valor arterial. Durante o exercício ou em outras condições de atividade metabólica elevada, ou quando o fluxo sanguíneo pelos tecidos é lento, a diminuição do pH no sangue tecidual (e nos próprios tecidos) pode ser de até 0,50 ou, em certas ocasiões, ainda mais, provocando acidose tecidual grave. QUOCIENTE RESPIRATÓRIO O leitor perspicaz terá notado que o transporte normal de oxigênio dos pulmões para os tecidos em cada decilitro de sangue é de cerca de 5 ml, enquanto o transporte normal de dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões é de aproximadamente 4 ml. Por conseguinte, em condi- ções normais de repouso, apenas cerca de 80% do dióxido de carbono são expirados dos pulmões, em comparação com o oxigênio captado pelos pulmões. A relação entre o débito de dióxido de carbono e a captação de oxigênio é denominada quociente respiratório (R). O valor para R modifica-se em diferentes condições metabólicas. Quando o indivíduo utiliza exclusivamente carboidratos para seu metabo- lismo corporal, R aumenta para 1,00. Por outro lado, quando o indivíduo está utilizando quase exclusivamente as gorduras para sua energia meta- bólica, seu valor cai para 0,7. A razão dessa diferença e que, quando o oxigênio é metabolizado com os carboidratos, forma-se uma molécula de dióxido de carbono para cada molécula de oxigênio consumido; por outro lado, quando o oxigênio reage com gorduras, grande parte do oxigênio combina-se com átomos de hidrogênio das gorduras para formar água, em lugar de dióxido de carbono. Em outras palavras, o quociente respiratório das reações químicas nos tecidos é de cerca de 0,70 quando as gorduras são metabolizadas, em comparação com 1,00, quando os carboidratos estão sendo utilizados. O quociente respiratório tecidual será discutido no Cap. 71. Para uma pessoa com dieta normal, consumindo quantidades médias de carboidratos, gorduras e proteínas, o valor médio do R e considerado 0,825. REFERÊNCIAS Adamaon, J. W., and Finch, C. A.: Hemoglobin function, oxygen affinity, and erythropoietin. Annu. Rev. Physiol., 37:351,1975. Bartels, H., and Baumann, R.: Respiratory function I f hemoglobin. Int. Rev. Physiol., 14:107, 1977. Bauer, C, et ai. (eds.): Biophyaics and Phyaiology of Carbon Dioxide. New York, Springer-Verlag, 1980. Caughey, W. S. (ed.): Oxygen: Biochemical and Clinicai Aspects. New York, Academic Press, 1979. Cherniack, N. S,, and Logobardo, G. S.: Oxygenand carbon dioxide gas stores of the body. Physiol. Rev., 50:196, 1970. Crowell, J. W., and Smith, E. 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  10. 10. 386 CAPÍTULO 41 Regulação da Respiração O sistema nervoso ajusta a intensidade da ventilação alveolar quase exatamente às demandas do organismo, de modo que a pressão de oxigênio (Po2) e a pressão de dióxido de carbono FPC0: do sangue arterial dificilmente se alteram, até mesmo durante o exercício intenso e a maioria dos outros tipos de estresse respiratório. O presente capítulo descreverá o funcionamento desse siste- ma neurogênico na regulação da respiração. CENTRO RESPIRATÓRIO O "centro respiratório" é constituído por vários grupos bas- tante dispersos de neurônios de localização bilateral no bulbo e na ponte, conforme ilustrado na Fig. 41.1. É dividido em três grandes conjuntos de neurônios: (1) o grupo respiratório dorsal, localizado na porção dorsal do bulbo, que desencadeia principal- mente a inspiração, (2) o grupo respiratório ventral, localizado na parte ventrolateral do bulbo, que pode ocasionar tanto expira- ção quanto inspiração, dependendo dos neurônios do grupo que são estimulados, e (3) o centro pneumotáxico, localizado dorsal- mente na porção superior da ponte, que ajuda a controlar tanto a freqüência quanto o padrão da respiração. O grupo respiratório dorsal de neurônios desempenha o papel fundamental no controle da respiração. Por isso, consideraremos sua função em primeiro lugar. Grupo respiratório dorsal de neurônios — suas funções inspiratórias e rítmicas O grupo respiratório dorsal de neurônios estende-se por quase toda a extensão do bulbo. Todos os seus neurônios, ou a maior parte, estão localizados no núcleo do feixe solitário, embora outros neurônios na substância reticular adjacente do bulbo também possam desempenhar papel importante no con- trole respiratório. O núcleo do feixe solitário também é a termi- nação sensitiva dos nervos vago e glossofaríngeo, que transmitem sinais sensitivos para o centro respiratório a partir dos quimiorre- ceptores periféricos, barorreceptores e vários tipos diferentes de receptores no pulmão. Todos os sinais provenientes dessas áreas periféricas ajudam a controlar a respiração, como veremos em seções posteriores deste capítulo. Descargas inspiratórias rítmicas do grupo respiratório dorsal. 0 ritmo básico da respiração é gerado principalmente no grupo respiratório dorsal de neurônios. Até mesmo quando todos os nervos periféricos que chegam ao bulbo são seccionados, e o tronco cerebral também é seccionado acima e abaixo do bulbo, esse grupo de neurônios ainda emitedescargas repetidas de poten- ciais de ação inspiratórios. Infelizmente, todavia, desconhece-se a causa básica dessas descargas repetitivas. Em animais primi- tivos, foram encontradas redes neurais onde a atividade de um grupo de neurônios excita um segundo grupo que, por sua vez, inibe o primeiro. A seguir, depois de certo período de tempo, 0 mecanismo se repete, prosseguindo por toda a vida do animal. Por conseguinte, a maioria dos fisiologistas da respiração acredita que alguma rede semelhante de neurônios localizada totalmente no bulbo, envolvendo talvez não apenas o grupo respiratório dorsal, mas também áreas adjacentes do bulbo, seja responsável pelo ritmo básico da respiração. O sinal inspiratório "em rampa". O sinal nervoso que é transmitido aos músculos inspiratórios não é uma descarga instan- tânea de potenciais de ação. Pelo contrário, na respiração normal, ele começa muito fracamente e aumenta de modo uniforme, como se fosse uma rampa, durante cerca de 2 segundos. A seguir, cessa abruptamente durante os próximos 3 segundos, quando começa, então, outro ciclo, e assim indefinidamente. Por isso, o sinal inspiratório é considerado como um sinal em rampa. A vantagem óbvia desse fato é que produz aumento uniforme do volume dos pulmões durante a inspiração, em vez de ocasionar espasmos inspiratórios. O controle da rampa inspiratória é efetuado de duas ma- neiras: 1. Controle da velocidade do aumento do sinal em rampa, de modo que. durante respiração muito ativa, a rampa aumenta Fig. 41.1 Organização do centro respiratório.
  11. 11. 387 rapidamente e, portanto, também enche os pulmões em pouco tempo. 2. Controle do ponto limite onde a rampa cessa abrupta- mente. Trata-se do método habitual de controle do ritmo da respiração; isto é, quanto mais cedo ocorrer a interrupção da rampa, menor será a duração da inspiração. Por razões que ainda não foram elucidadas, esse processo também reduz a duração da expiração. Por conseguinte, a freqüência da respiração au- menta. Centro pneumotáxico — sua função de limitar a duração da inspiração e de aumentar a freqüência respiratória O centro pneumotáxico, localizado dorsalmente no núcleo pambraquial da ponte superior, transmite continuamente impul- sos para a área inspiratória. O efeito primário desses impulsos consiste em controlar o ponto de "interrupção" da rampa inspira- tória, controlando, assim, a duração da fase de enchimento do ciclo pulmonar. Quando os sinais pneumotáxicos são fortes, a inspiração pode durar apenas 0,5 segundo; entretanto, quando fracos, a inspiração pode ter duração de 5 ou mais segundos, enchendo, assim, os pulmões com grande excesso de ar. Por conseguinte, a função do centro pneumotáxico consiste primariamente em limitar a inspiração. Todavia, essa função tem por efeito secundário o aumento da freqüência da respiração, visto que a limitação da inspiração também reduz a expiração e todo o período da respiração. Assim, um sinal pneumotáxico forte pode aumentar a freqüência da respiração até 30 a 40 respira- ções por minuto, enquanto um sinal pneumotáxico fraco pode reduzi-la a poucas incursões respiratórias por minuto. Grupo respiratório ventral de neurônios — sua função tanto na inspiração quanto na expiração O grupo respiratório ventral de neurônios, encontrado no núcleo ambíguo, acima, e no núcleo ambíguo abaixo, localiza-se a cerca de 5 mm do grupo respiratório dorsal de neurônios, em posição anterior e lateral. A função desse grupo respiratório ventral difere da do grupo respiratório dorsal em vários aspectos importantes: 1. Os neurônios do grupo respiratório ventral permanecem quase totalmente inativos durante a respiração tranqüila normal. Por conseguinte, a respiração tranqüila normal é causada apenas por sinais inspiratórios repetitivos do grupo respiratório dorsal, transmitidos principalmente para o diafragma, enquanto a expi- ração resulta da retração elástica dos pulmões e da caixa toráci- ca. 2. Não há evidências de que os neurônios respiratórios ven- trais possam participar da oscilação rítmica básica que controla a respiração. 3. Quando o impulso respiratório para o aumento da venti- lação pulmonar fica maior do que o normal, sinais respiratórios espalham-se pelos neurônios respiratórios ventrais a partir do mecanismo oscilatório básico da área respiratória dorsal. Como conseqüência, a área respiratória ventral também contribui para o impulso respiratório. 4. A estimulação elétrica de alguns dos neurônios do grupo ventral causa inspiração, enquanto a estimulação de outros pro- duz expiração. Por conseguinte, esses neurônios contribuem tanto para a inspiração quanto para a expiração. Todavia, são especial- mente importantes no sentido de proporcionar sinais expiratórios poderosos para os músculos abdominais durante a expiração. Por conseguinte, essa área opera mais ou menos como mecanismo de reforço quando há necessidade de altos níveis de ventilação pulmonar. Possibilidade de um "centro apnêustico" na ponte inferior Para aumentar ainda mais a confusão de nossos conheci- mentos a respeito da função do centro respiratório, existe outro centro estranho na parte inferior da ponte, denominado centro apnêustico. Todavia, sua função só pode ser demonstrada quando os nervos vagos para o bulbo tiverem sido seccionados e quando as conexões do centro pneumotáxico também tiverem sido blo- queadas por transecção da ponte em sua parte média. Nesse caso, o centro apnêustico da ponte inferior emite sinais para o grupo respiratório dorsal de neurônios, impedindo o "desliga- mento" do sinal inspiratório em rampa. Por conseguinte, os pul- mões ficam quase totalmente cheios de ar, e apenas ocasional- mente ocorrem breves esforços expiratórios. A função do centro apnêustico não é compreendida, mas presumivelmente opera em associação com o centro pneumo- táxico para controlar a profundidade da inspiração. Limitação reflexa da inspiração por sinais da insuflação pulmonar — o reflexo de insuflação de Hering-Breuer Além dos mecanismos neurais que atuam totalmente no tron- co cerebral, existem sinais reflexos provenientes da periferia que também ajudam a controlar a respiração. Localizados nas paredes dos brônquios e bronquíolos, em todo o pulmão, existem recep- tores de estiramento que transmitem sinais pelos vagos para o grupo respiratório dorsal de neurônios quando os pulmões estão excessivamente distendidos. Esses sinais afetam a inspiração da mesma maneira que os sinais provenientes do centro pneumo- táxico; isto é, quando os pulmões ficam excessivamente insufla- dos, os receptores de estiramento ativam uma resposta apropriada de feedback que "desliga" a rampa inspiratória, interrompendo qualquer inspiração adicional. Trata-se do denominado reflexo de insuflação de Hering-Breuer. Esse reflexo também aumenta a freqüência da respiração, como ocorre com os sinais prove- nientes do centro pneumotáxico. Todavia, nos seres humanos, é provável que o reflexo de Hering-Breuer só seja ativado quando o volume corrente au- menta e ultrapassa cerca de 1,5 I. Por conseguinte, esse reflexo parece representar principalmente um mecanismo protetor destinado a impedir o excesso de insuflação pulmonar, em lugar de ser um componente importante do controle normal da ventilação. CONTROLE DA ATiVIDADE GLOBAL DO CENTRO RESPIRATÓRIO Até agora, discutimos os mecanismos básicos que causam a inspiração e a expiração; todavia, também é importante saber como a intensidade dos sinais, para o controle respiratório, au- menta ou diminui para atender às necessidades ventilatórias do organismo. Por exemplo, durante exercício muito intenso, a velo- cidade de utilização do oxigênio e a velocidade de formação do dióxido de carbono aumentam quase sempre por até 20 vezes em relação ao normal, exigindo aumentos proporcionais da venti- lação pulmonar. O restante deste capítulo tem por finalidade principal discutir esse controle da ventilação em resposta às necessidades do orga- nismo. CONTROLE QUÍMICO DA RESPIRAÇÃO O objetivo final da respiração é manter concentrações ade- quadas de oxigênio, dióxido de carbono e íons hidrogênio nos
  12. 12. 388 tecidos. Por conseguinte, é muito apropriado que a atividade respiratória seja muito sensível a alterações de qualquer uma dessas concentrações. O excesso de dióxido de carbono ou de tons hidrogênio estimula principalmente o centro respiratório, determinando au- mento acentuado da força dos sinais inspiratórios e expiratórios para os músculos da respiração. Por outro lado, o oxigênio não parece exercer efeito direto significativo sobre o centro respiratório do encéfalo para controlar a respiração. Com efeito, atua quase inteiramente sobre quimior- receptores periféricos localizados nos corpúsculos carotídeos e aórticos; estes, por sua vez, transmitem sinais nervosos apro- priados para o centro respiratório, a fim de controlar a respiração. Discutiremos inicialmente e estimulação do próprio centro respiratório pelo dióxido de carbono e pelos íons hidrogênio. CONTROLE QUÍMICO DIRETO DA ATIVIDADE DO CENTRO RESPIRATÓRIO PELO DIÓXIDO DE CARBONO E PELOS ÍONS HIDROGÊNIO A zona quimiossensorial do centro respiratório. Até agora, discutimos principalmente três áreas distintas do centro respira- tório: o grupo respiratório dorsal de neurônios, o grupo respira- tório ventral e o centro pneumotáxico. Todavia, acredita-se que nenhuma dessas áreas seja afetada diretamente por variações das concentrações sanguíneas de dióxido de carbono ou de íons hidrogênio. Com efeito, existe uma zona quimiossensível muito excitável, ilustrada na Fig. 41.2, de localização bilateral, a menos de 1 mm abaixo da superfície ventral do bulbo. Essa área é muito sensível a mudanças da Pco2 ou da concentração de íons hidrogênio no sangue; por sua vez, ela excita as outras partes do centro respiratório. Resposta dos neurônios quimiossensíveis aos íons hidrogênio — o estímulo primário Os neurônios sensores da zona quimiossensível são especial- mente excitados pelos íons hidrogênio; com efeito, acredita-se que os íons hidrogênio talvez sejam o único estímulo direto impor- tante para esses neurônios. Infelizmente, entretanto, os íons hidrogênio não atravessam facilmente a barreira hemantencefálica ou a barreira hematoliquórica. Por essa razão, as alterações na Kig. 41.2 Estimulação da área inspiratória pela zona quimiossensível localizada bilateralmente no bulbo, ficando apenas a poucos micra abaixo da superfície ventral bulbar. Observar também que os íons hidrogênio estimulam a zona quimiossensível, enquanto o dióxido de carbono no líquido dá origem ã maior parte dos íons hidrogênio. concentração sanguínea de íons hidrogênio exercem, na verdade, efeito consideravelmente menor sobre a estimulação dos neurô- nios quimiossensíveis do que as alterações da concentração de dióxido de carbono, apesar de estimularem esses neurônios indi- retamente, como explicaremos adiante. Efeito do dióxido de carbono do sangue sobre a estimulação da zona quimiossensível Apesar de o dióxido de carbono ter efeito direto muito pe- queno sobre a estimulação dos neurônios na zona quimiossen- sível, ele tem um efeito indireto muito poderoso. Com efeito, o dióxido de carbono reage com a água dos tecidos, formando ácido carbônico. Este, por sua vez, dissocia-se em íons hidrogênio e bicarbonato; os íons hidrogênio exercem poderoso efeito esti- mulador direto. Essas reações estão ilustradas na Fig. 41.2. Mas por que o dióxido de carbono do sangue exerce efeito muito mais potente do que os íons hidrogênio na estimulação dos neurônios quimiossensíveis? A resposta é que a barreira hematoencefálica e a barreira hematoliquórica são quase total- mente impermeáveis aos íons hidrogênio, enquanto o dióxido de carbono as atravessa quase como se elas não existissem. Por conseguinte, sempre que houver elevação da PCO2 do sangue, também haverá aumento da Pco2 do líquido intersticial do bulbo e do líquido cefalorraquidiano. Nesses dois líquidos, o dióxido de carbono reage imediatamente com a água para formar íons hidrogênio. Assim, paradoxalmente, ocorre liberação de maior número de íons hidrogênio na área quimiossensível respiratória quando a concentração sanguínea de dióxido de carbono aumenta do que quando a concentração sanguínea de íons hidrogênio aumenta. Por esta razão, a atividade do centro respiratório é consideravelmente mais afetada por alterações do dióxido de carbono do sangue do que por alterações dos íons hidrogênio, um fato que discutiremos adiante em termos quantitativos. Importância do PCO2 do líquido cefalorraquidiano na estimulação da área quimiorreceptora. A alteração da Pco2 no líquido cefalorra-quidiano que banha a superfície da área quimiorreceptora do tronco cerebral excita a respiração da mesma maneira que o aumento da Pco2 nos líquidos intersticiais também excita a respiração. Todavia, a excitação ocorre mais rapidamente. Acredita-se que isso se deva ao fato de o líquido cefalorraquidiano ter quantidade muito pequena de tampões protéicos ácido-básicos. Por conseguinte, a concentração de íons hidrogênio aumenta quase de modo instantâneo quando o dióxido de carbono proveniente dos vasos sanguíneos da araenóide penetra no líquido cefalorraquidiano. Por outro lado, os tecidos cerebrais possuem grandes quantidades de tampões de proteína, de modo que a alteração da concentração de íons hidrogênio em resposta ao dióxido de carbono é acentuadamente retardada. Como conseqüência, a rápida excitação inicial do sistema respiratório pelo dióxido de carbono que penetra no líquido cefalorraquidiano ocorre dentro de segundos, em comparação com a duração de 1 minuto ou mais para a estimulação que ocorre pelo liquido intersticial cerebral. Redução do efeito estimulante do dióxido de carbono depois de 1 a 2 dias. A excitação do centro respiratório pelo dióxido de carbono é muito acentuada nas primeiras horas, porém declina gradualmente nos próximos 1 a 2 dias, até atingir apenas cerca de um quinto do efeito inicial. Parte desse declínio resulta do reajuste renal da concentração de íons hidrogênio para o normal após o aumento da concentração de hidrogênio pelo dióxido de carbono. Os rins executam essa função ao elevar a concen- tração sanguínea de bicarbonato. O bicarbonato liga-se aos íons hidrogênio no líquido cefalorraquidiano, reduzindo sua concen- tração. Além disso, dentro de um período de várias horas, os íons bicarbonato também sofrem lenta difusão através das barrei- ras hematoencefálica e hematoliquórica, reduzindo a concen-
  13. 13. 389 tração de íons hidrogênio em torno dos neurônios respiratórios. Por conseguinte, as mudanças na concentração sanguínea de dióxido de carbono exercem poderoso efeito agudo sobre o controle da respiração, mas apenas efeito crônico fraco depois de alguns dias de adaptação. Efeitos quantitativos da Pco2 sanguínea e da concentração de íons hidrogênio sobre a ventilação alveolar A Fig. 41.3 ilustra quantitativamente os efeitos aproximados da Pco3 e do pH do sangue (que é uma medida logarítmica inversa da concentração de íons hidrogênio) sobre a ventilação alveolar. Convém observar o aumento pronunciado da ventilação causado pela elevação da Pco2 Todavia, devemos também obser- var o efeito muito menor da concentração elevada de íons hidrogênio (isto é, do pH diminuído). Por fim, devemos assinalar a alteração muito grande da venti- lação alveolar na faixa normal da Pco2 sanguínea entre 35 e 60 mm Hg. Isso ilustra o enorme efeito exercido por alterações do dióxido de carbono no controle da respiração. Por outro lado, a mudança da respiração na faixa normal de pH entre 7,3 e 7,5 é mais de 10 vezes menos pronunciada. A provável razão dessa enorme diferença reside na pequena permeabilidade da barreira he mato encefálica aos íons hidrogênio em comparação com sua extrema permeabilidade ao dióxido de carbono. Entre- tanto, após o dióxido de carbono atravessar a barreira, ele reage com água para formar grandes quantidades de íons hidrogênio que, a seguir, estimulam fortemente a respiração. Todavia, os íons hidrogênio formados antes de atravessar a barreira não po- dem atravessá-la em número suficiente para serem eficazes. Fig. 41.3 Efeitos do aumento da Pco2 arterial e da redução do pH arterial sobre a freqüência da ventilação alveolar. Insignificância do oxigênio no controle direto do centro respiratório As mudanças na concentração de oxigênio praticamente não exercem qualquer efeito direto sobre o próprio centro respiratório no sentido de alterar o impulso respiratório (embora possua efeito indireto, como explicaremos na próxima seção). Todavia, o siste- ma de controle respiratório é insuficiente para controlar a Po2 no sangue arterial que flui dos pulmões para os tecidos periféricos. Contudo, vimos no Cap. 40 que o sistema de tampão da hemoglo- bina fornece quantidades quase normais de oxigênio aos tecidos, mesmo quando a Po2 pulmonar varia do valor de apenas 60 mm Hg até valores elevados de 1.000 mm Hg. Por conseguinte, exceto em condições especiais, pode ocorrer liberação adequada de oxigênio a despeito de alterações da ventilação pulmonar, que variam desde pouco menos da metade do normal até 20 vezes ou mais acima do normal. Por outro lado, isso não ocorre com o dióxido de carbono, visto que tanto a Pco2 do sangue quanto a dos tecidos variam quase inversamente com a freqüência da ventilação pulmonar; assim, a evolução fez do dióxido de carbono o principal elemento de controle da respiração. Contudo, para as condições especiais em que os tecidos ficam prejudicados devido à falta de oxigênio, o organismo dispõe de um mecanismo especial para o controle respiratório localizado fora do centro respiratório do cérebro; esse mecanismo responde quando o oxigênio do sangue cai para níveis muito baixos, como explicaremos na próxima seção. SISTEMA QUIMIORRECEPTOR PERIFÉRICO PARA O CONTROLE DA ATIVIDADE RESPIRATÓRIA — PAPEL DO OXIGÊNIO NO CONTROLE RESPIRATÓRIO Além do controle direto da atividade respiratória exercido pelo próprio centro respiratório, existe outro mecanismo acessórios para controlar a respiração. Trata-se do sistema quimiorreceptor periférico, ilustrado na Fig. 41.4. Receptores químicos especiais, denominados quimiorreceptores, localizam- se em diversas áreas fora do cérebro e são especialmente importantes para detectar mudanças nas concentrações de oxigênio no sangue, embora também respondam a alterações nas concentrações de Fig. 41.4 Controle respiratório pelos corpos carotídeos e aórticos
  14. 14. 390 dióxido de carbono e de íons hidrogênio. Por sua vez, os quimior- receptores transmitem sinais nervosos para o centro respiratório, para ajudar a regular a atividade respiratória. Sem dúvida alguma, o maior número de quimiorreceptores é encontrado nos corpos carotídeos. Todavia, um número consi- derável também é encontrado nos corpos aórticos, ilustrados na Fig. 41.4; alguns localizam-se em outras áreas, cm associação com outras artérias das regiões torácica e abdominal. Os corpos carotideos localizam-se bilateralmente nas bifurcações das arté- rias carótidas comuns, e suas fibras nervosas aferentes passam pelos nervos de Hering até os nervos glossofaríngeos e, daí, para a área respiratória dorsal do bulbo. Os corpos aórticos locali- zam-se ao longo do arco da aorta; suas fibras nervosas aferentes passam pelos vagos para a área respiratória dorsal. Cada um desses corpos quimiorreceptores recebe suprimento sanguíneo especial por meio de artéria muito pequena, diretamente do tron- co arterial adjacente. Além disso, o fluxo sanguíneo por esses corpos é muito alto, correspondendo a 20 vezes o peso dos próprios corpos a cada minuto. Por conseguinte, a percentagem de remoção do oxigênio é praticamente nula. Isso significa que os quimiorreceptores estão sempre expostos a sangue arterial, e não a sangue venoso, de modo que sua Po2 corresponde à Po2 arterial. Estimulação dos quimiorreceptores pela diminuição do oxigênio arterial. As variações da concentração arterial de oxigênio não exercem efeito estimulante direto sobre o próprio centro respiratório; todavia, quando a concentração de oxigênio no sangue arterial cai abaixo do normal, os quimiorreceptores são fortemente estimulados. Esse efeito está ilustrado na Fig. 41.5, que mostra o efeito de diferentes níveis de Po2 arterial sobre a freqüência dos impulsos nervosos de um corpo carotídeo. Convém observar que essa freqüência é particularmente sensível a alterações da Po arterial na faixa situada entre 60 e 30 mm Hg, que é a faixa em que a saturação da hemoglobina arterial com oxigênio diminui rapidamente. Efeito da concentração de dióxido de carbono e de íons hidrogênio sobre a atividade dos quimiorreceptores. O aumento da concentração de dióxido de carbono ou da concentração de íons hidrogênio também excita os quimiorreceptores e, dessa maneira, aumenta indiretamente a atividade respiratória. Todavia, os efeitos diretos desses fatores sobre o próprio centro respiratório são muito mais potentes que seus efeitos mediados pelos quimiorreceptores (cerca de sete vezes mais), de modo que, para finalidades práticas, não é necessário considerar os efeitos indiretos por meio dos quimiorreceptores, Contudo, existe uma diferença entre os efeitos periféricos e centrais do dióxido de carbono: a estimulação periférica dos quimiorreceptores ocorre cinco vezes mais rapidamente que a estimulação central, de modo que os quimiorreceptores periféricos podem aumentar a velocidade da resposta ao dióxido de carbono no início do exercício. Mecanismo básico de estimulação dos quimiorreceptores pela deficiência de oxigênio. Ainda desconhecemos o modo exato pelo qual a baixa Po, excita as terminações nervosas nos corpos carotídeos e aórticos. Todavia, esses corpos possuem dois tipos de células glandulares diferentes e muito características. Por esta razão, alguns pesquisadores sugeriram que essas células poderiam funcionar como quimiorreceptores e, a seguir, estimular, por sua vez, as terminações nervosas. Todavia, outros estudos sugerem que as próprias terminações nervosas são diretamente sensíveis à baixa Po2. EFEITO QUANTITATIVO DA BAIXA Po2 ARTERIAL SOBRE A VENTILAÇÃO ALVEOLAR Quando a pessoa respira ar contendo muito pouco oxigênio, essa situação obviamente irá diminuir a Po2 do sangue e excitar os quimiorre- ceptores carotídeos e aórticos, aumentando, assim, a respiração. Entre- tanto, o efeito costuma ser bem menor que o esperado, visto que a respiração aumentada irá remover dióxido de carbono dos pulmões, diminuindo a Pco2 e a concentração de íons hidrogênio do sangue. Essas duas alterações deprimem acentuadamente o centro respiratório, confor- me discutido antes, de modo que o efeito final dos quimiorreceptores no sentido de aumentar a respiração em resposta à Po3 diminuída é, em grande parte, suprimido, o que é claramente evidente nos resultados experimentais ilustrados na Fig. 41.6. Contudo, o efeito da baixa Po2 arterial sobre a ventilação alveolar é bem maior em algumas outras condições, como: (1) Po2 arterial baixa quando as concentrações de dióxido de carbono do sangue arterial e de íons hidrogênio permanecem normais, a despeito da respiração au- mentada, e (2) respiração de oxigênio em baixas concentrações durante muitos dias. Efeito da Po2 arterial baixa quando as concentrações de dióxido de carbono e de íons hidrogênio no sangue arterial permanecem normais A Fig. 41.7 ilustra o efeito da Po2 arterial baixa sobre a ventilação alveolar quando a Pco2 e a concentração de íons hidrogênio permanecem constantes em seus níveis normais. Em outras palavras, o impulso ventila- tório devido ao dióxido de carbono e aos íons hidrogênio não se modifica, havendo apenas o impulso ventilatório decorrente do efeito das baixas concentrações de oxigênio sobre os quimiorreceptores. A figura mostra que quase não há efeito sobre a ventilação enquanto a Po2 arterial perma- nece acima de 100 mmHg. Todavia, em pressões abaixo de 100 mm Hg, Fig. 41.5 Efeito da Po2 arterial sobre a freqüência dos impulsos do corpo carotídeo de gato. (Curva desenhada a partir de dados de várias fontes, mas principalmente de VonEuler.) Fig. 41.6 A curva inferior mostra o efeito da Po3 arterial sobre a ventila- ção alveolar quando a ventilação diminui a PCO2 arterial. Observar a estimulação bem menor da ventilação pela baixa Po2 na Fig. 41.7, visto que a queda da Pco2 exerce efeito depressor sobre a ventilação. (Desenho feito a partir de dados de Gray: Pulmonary Vemilation and Its Physio- logical Regulation. Springfield, III., Charles C Thomas.)
  15. 15. 391 Fig. 41,7 A curva inferior ilustra o efeito de diferentes níveis da Po2 sobre a ventilação alveolar, mostrando aumento de seis vezes na ventila- ção quando a Po2 cai de seu nível normal de 100 mm Hg para 20 mm Hg. A curva superior mostra que a Pco2 arterial foi mantida em nível constante durante as medidas efetuadas; o pH também foi mantido constante. a ventilação quase duplica quando a Po2 arterial cai para 60 mm Hg e aumenta por quase seis vezes quando cai para 20 mm Hg. Por conseguinte, nessas condições, a Po2 arterial diminuída pode estimular fortemente o processo ventilatório. Condições em que um impulso ventilatório estimulado pela Po2 arte- rial baixa não é bloqueado por reduções da Pco2 e de íons hidrogênio. Na pneumonia, no enfisema ou em qualquer outra doença pulmonar que impeça a ocorrência de trocas gasosas adequadas através da mem- brana pulmonar, a absorção de oxigênio pelo sangue arterial será muito pequena, e, ao mesmo tempo, a Pco2 e a concentração de íons hidrogênio no sangue arterial geralmente permanecem quase normais ou, às vezes, chegam a aumentar devido ao transporte deficiente de dióxido de carbono através da membrana. Nessas situações, o impulso ventilatório estimu- lado pela baixa Po2 não é bloqueado por alterações da Pco3 e da concen- tração de íons hidrogênio do sangue. Por conseguinte, a baixa concen- tração de oxigênio é muito importante para ajudar a aumentar a respira- ção. Com efeito, se a pessoa receber alta concentração de oxigênio, ela perderá o impulso estimulador desencadeado pela Po2 arterial baixa, e sua ventilação pulmonar quase sempre irá diminuir o suficiente para causar morte, devido à excessiva elevação da Pco2 e da concentração de íons hidrogênio. Além disso, em alguns casos de exercício extremamente pesado, sobretudo em indivíduos com ligeiro comprometimento do sistema pulmonar, a Pco2 e a concentração de íons hidrogênio do sangue arterial aumentam ao mesmo tempo que a Po2 cai. Nessas condições, o declínio da Po2 arterial combina-se com a elevação do dióxido de carbono e dos íons hidrogênio, proporcionando um impulso ventilatório extrema- mente forte. Efeito da respiração crônica de baixas concentrações de oxigênio As pessoas que escalam montanhas descobriram que, quando ascendem lentamente uma montanha durante um período de vários dias, em vez de fazê-lo em questão de horas, elas podem suportar concentrações de oxigênio atmosférico mais baixas do que quando fazem rápida ascen- são. A razão disso é que o centro respiratório no tronco cerebral perde, dentro de 2 a 3 dias, cerca de quatro quintos de sua sensibilidade a mudanças da Pco2 e da concentração de íons hidrogênio no sangue arte- rial. Por conseguinte, a expiração de dióxido de carbono que normal- mente inibiria a respiração não o faz, e a baixa concentração de oxigênio pode estimular o sistema respiratório até um nível muito mais alto de ventilação alveolar do que em condições agudas de baixa concentração de oxigênio. Em lugar de um aumento de 70% da ventilação que poderia ocorrer com a exposição aguda a baixas concentrações de oxigênio; a ventilação alveolar quase sempre aumenta por até 400 a 500% depois de 2 a 3 dias de baixa concentração de oxigênio, o que ajuda enormemente o suprimento de oxigênio adicional para as pessoas que escalam monta- nhas. Para dar um exemplo prático, até mesmo us alpinistas experientes podem ter dificuldades devido a falta de oxigênio se, em 1 dia, atingirem uma altitude de apenas 5.500 a 6.100 m. Contudo, o Monte Everest, com altitude de mais de 8.800 m, tem sido escalado até o seu pico sem qualquer oxigênio suplementar; todavia, a ascensão é feita em etapas muito lentas, de modo a se conseguir completa aclimatização do impulso respiratório à Po2 baixa. EFEITOS CONJUNTOS DA Pco2 DO pH E DA Po2 SOBRE A VENTILAÇÃO ALVEOLAR A Fig. 41.8 fornece uma visão geral do modo como os três fatores químicos - Po2, Pco2 e pH - atuam em conjunto, afetando a ventilação alveolar. Para entender esse diagrama, vamos observar inicialmente as quatro curvas com linhas contínuas. Cada uma dessas curvas representa o efeito de diferentes níveis de Pco2 alveolar sobre a ventilação alveolar; todavia, cada curva foi medida com Po2 diferente, começando com baixos valores de 40 mm Hg e atingindo o nível elevado de 100 mm Hg. Por conseguinte, essa “família” de curvas de linhas contínuas representa os efeitos combinados da Pco2 e Po2 alveolares sobre a ventilação. Observemos agora as curvas tracejadas. Todas as curvas com linhas cheias foram medidas com pH sanguíneo de 7,4; as curvas tracejadas foram feitas em pH de 7,3. Por conseguinte, temos duas famílias de curvas que representam os efeitos combinados da Pco2 e da Po7 sobre a ventilação em dois valores diferentes de pH. Obviamente, outras famí- lias diferentes de curvas seriam deslocadas para a direita em valores mais altos do pH e para a esquerda em valores mais baixo do pH. Assim, ao utilizar esse diagrama, podemos prever o nível de ventila- ção alveolar para a maioria das combinações de Pco2, alveolar, Po-, alveo- lar e pH arterial. REGULAÇÃO DA RESPIRAÇÃO DURANTE O EXERCÍCIO No exercício intenso, o consumo de oxigênio e a formação de dióxido de carbono podem aumentar por até 20 vezes. Toda- via, a ventilação alveolar costuma aumentar quase exatamente em proporção com o nível aumentado de metabolismo, conforme ilustrado pela relação entre o consumo de oxigênio e a ventilação Fig. 41.8 Diagrama composto mostrando os efeitos inter-relacionados da Pco2 da Po2 e do pH sobre a ventilação alveolar. (Desenhado a partir de dados apresentados em Cunningham e Lloyd: The Regulation of Human Respiration. Philadelphia, F. A. Davis Co.)
  16. 16. 392 Fig. 41.9 Efeito do exercício sobre o consumo de oxigênio e a freqüência ventilatória. (De Gray: Pulmonary Ventilation and Its Physiological Re- gulation. Springfield, I I I. , Charles C Thomas.) na Fig. 41.9. Por conseguinte, a Po2 a Pco2 e o pH do sangue arterial permanecem quase exatamente normais. Ao tentar analisar os fatores que determinam o aumento da ventilação durante o exercício, ficamos imediatamente tenta- dos a atribuí-lo às alterações químicas que ocorrem nos líquidos corporais durante o exercício, incluindo elevação do dióxido de carbono, aumento de íons hidrogênio e diminuição do oxigênio. Todavia, isso não é válido, visto que as determinações da Pco2, do pH e da Po2 no sangue arterial mostram que nenhum desses parâmetros sofre alteração significativa. Por conseguinte, é preciso responder à seguinte pergunta: Qual a causa da intensa ventilação durante o exercício? Essa pergunta não foi respondida; todavia, pelo menos dois efeitos diferentes parecem estar predominantemente envolvidos: 1. Acredita-se que o cérebro, ao transmitir impulsos para os músculos em contração, possa transmitir impulsos colaterais para o tronco cerebral, excitando o centro respiratório. Essa ação è análoga ao efeito estimulante dos centros superiores do cérebro sobre o centro vasomotor do tronco cerebral durante 0 exercício, determinando a elevação da pressão arterial, bem como o aumento da ventilação. 2. Acredita-se que, durante o exercício, os movimentos cor- porais, especialmente dos membros, aumentem a ventilação pul- monar ao excitar proprioceptores articulares que, a seguir, trans mitem impulsos excitatórios para o centro respiratório. A razão para essa hipótese é que até mesmo os movimentos passivos dos membros aumentam quase sempre a ventilação pulmonar por várias vezes. É possível que outros fatores também sejam importantes no sentido de aumentar a ventilação pulmonar durante o exercí- cio. Por exemplo, alguns experimentos sugerem que a hipoxia que se desenvolve nos músculos durante o exercício desencadeie sinais nervosos aferentes para o centro respiratório, a fim de excitar a respiração. Todavia, como grande parte do aumento total da ventilação começa imediatamente com o início do exercí- cio, a maior parte do aumento da respiração resulta provavel- mente dos dois fatores neurogênicos supracitados, isto é, os im- pulsos estimuladores provenientes dos centros superiores do cérebro e os reflexos estimuladores proprioceptivos. Inter-relação entre os fatores químicos e os fatores nervosos no controle da respiração durante o exercício. Quando a pessoa pratica exercícios, os fatores nervosos geralmente estimulam o centro respiratório quase exatamente na quantidade apropriada para suprir as necessidades extras de oxigênio para o exercício e eliminar o dióxido de carbono adicional. Em certas ocasiões, entretanto, os sinais nervosos são muito fortes ou muito fracos em sua estimulação do centro respiratório. Nesse caso, os fatores químicos desempenham papel muito importante na produção do ajuste final da respiração, necessário para manter as concen- trações de dióxido de carbono e de íons hidrogênio dos líquidos corporais o mais próximo possível da faixa normal. Esse efeito é ilustrado na Fig. 41.10, que mostra, na curva inferior, as varia- ções da ventilação pulmonar durante um período de exercício de 1 minuto e, na curva superior, as alterações da Pco2. Convém observar que, no início do exercício, a ventilação alveolar au- menta instantaneamente, sem qualquer elevação inicial da Pco2 arterial. De fato, esse aumento inicial da ventilação costuma ser grande o suficiente para diminuir a PCO2 arterial abaixo de seu valor normal, como mostra a figura. A razão pela qual a ventilação antecipa-se à elevação do dióxido de carbono do san- gue é que o cérebro proporciona um estímulo de "antecipação" da respiração no início do exercício, causando ventilação alveolar extra, mesmo antes de que seja necessária. Todavia, depois de cerca de 30 a 40 segundos, a quantidade de dióxido de carbono liberada no sangue pelos músculos ativos equivale aproxima- damente à freqüência aumentada da ventilação. A Pco2 arterial retorna essencialmente a seu valor normal, como podemos ver no final do período de 1 minuto de exercício na figura. A Fig. 41.11 mostra o controle da respiração de outra manei- ra, dessa vez em termos mais quantitativos. A curva inferior dessa figura mostra o efeito de diferentes níveis de Pco2 arterial sobre a ventilação alveolar quando o organismo está em repouso — isto é, quando o indivíduo não está efetuando exercício. A curva superior mostra o desvio aproximado dessa curva ventila- tória causada pelo impulso neurogênico para o centro respiratório que ocorre durante o exercício muito pesado. As cruzes sobre as duas curvas indicam as Pco2 arteriais, a princípio no estado em repouso e, a seguir, durante o exercício. Em ambos os casos, a Pco2 situa-se exatamente no nível normal de 40 mm Hg. Em outras palavras, o fator neurogênico desvia a curva por mais de 20 vezes para cima, de modo que a ventilação equivale quase exatamente à velocidade de consumo de oxigênio e a velocidade de liberação do dióxido de carbono, mantendo a Po2 e a Pco2 arteriais muito próximas a seus valores normais. Além disso, a curva superior da Fig. 41.11 também ilustra que, caso a Pco2 arterial varie de seu valor normal de 40 mm Hg, ela exerce seu efeito estimulante habitual sobre a ventilação nos valores acima de 40 mm Hg, e seu efeito depressivo habitual nos valores inferiores a 40 mm Hg. Fig. 41.10 Alterações da ventilação alveolar e da Pco2 arterial durante um período de 1 minuto de exercício, bem como após o término do exercício. (Extrapolado para o ser humano a partir de dados obtidos em cães: de Bainton: J. Appí. PhysioL, 33:17$, 1972.)
  17. 17. 393 Fig. 41,11 Efeito aproximado do exercício máximo para desviar a curva de resposta da ventilação à Pco2 alveolar até um nível muito maior do que o normal. O desvio, que se acredita ser causado por fatores neurogênicos, é quase exatamente a quantidade certa para manter a Pco2 arterial no nível normal de 40 mm Hg no estado de repouso e durante o exercício muito intenso. Possibilidade de que o fator neurogênico, no controle da venti- lação durante o exercício, seja uma resposta aprendida. Muitos experimentos sugerem que a capacidade do cérebro de desviar a curva de resposta ventilatória durante o exercício, como ilustra a Fig. 41.11, seja principalmente uma resposta aprendida. Isto é, com exercícios repetidos, o cérebro torna-se progressivamente mais capaz de emitir a quantidade apropriada de sinais necessária para manter os níveis normais dos fatores químicos sanguíneos. Além disso, há motivos para se acreditar que alguns dos centros superiores de aprendizagem no cérebro sejam importantes para esse fator de controle respiratório neurogênico — provavelmente até mesmo o córtex cerebral. Uma razão importante dessa hipó- tese é que, quando o córtex cerebral é anestesiado, o sistema de controle respiratório perde sua capacidade especial de manter os gases arteriais próximo a seus valores normais durante o exer- cício. OUTROS FATORES QUE AFETAM A RESPIRAÇÃO Controle voluntário da respiração. Até agora, discutimos o sistema involuntário de controle da respiração. Todavia, todos sabemos que a respiração pode ser controlada de modo voluntário e que podemos hiperventilar ou hipoventilar a ponto de ocasionar sérias perturbações da Pco2 do pH e da Po2 do sangue. O controle voluntário da respiração não parece ser mediado por meio do centro respiratório do bulbo. Com efeito, a via nervosa para o controle voluntário passa diretamente do córtex e de outros centros superiores por meio do feixe corticoespinhal até os neurônios espinhais que estimulam os músculos respiratórios. Efeito dos receptores a irritantes nas vias aéreas. O epitélio da traquéia, dos brônquios e dos bronquíolos é inervado por terminações nervo sas sensoriais que são estimuladas por irritantes que penetram nas vias aéreas respiratórias. Esses irritantes provocam tosse e espirro, conforme discutido no Cap. 39. Além disso, causam possivelmente constrição brônquica em certas doenças, como asma e enfisema. Função dos receptores "J" pulmonares. Ocorrem algumas termina- ções nervosas sensitivas nas paredes alveolares, em justaposição aos capi- lares pulmonares», de onde provém o termo "receptores J". São estimu- lados quando substâncias químicas irritantes são injetadas no sangue pulmonar: também são excitados quando os capilares pulmonares ficam ingurgitados com sangue, ou quando, em certas condições, ocorre edema pulmonar como na insuficiência cardíaca congestiva. Embora se desco- nheça o papel funciona] dos receptores J, sua excitação talvez transmita ao indivíduo uma sensação de dispnéia. Efeito do edema cerebral. A atividade do centro respiratório pode ser deprimida ou até mesmo totalmente inativada pelo edema cerebral agudo decorrente da concussão cerebral. Por exemplo, a cabeça pode ter-se chocado contra algum objeto sólido, com intumescimento dos tecidos cerebrais lesados, comprimindo as artérias cerebrais contra a calota craniana. Como conseqüência, ocorre bloqueio total ou parcial do suprimento sanguíneo cerebral. Em certas ocasiões, a depressão respiratória resultante do edema cerebral pode ser temporariamente aliviada pela injeção venosa de solu- ções hipertônicas, como a solução de manitol altamente concentrada. Essas soluções removem osmoticamente parte dos líquidos do cérebro, com conseqüente alívio da pressão intracraniana e, por vezes, restabele- cimento da respiração em poucos minutos. Anestesia. Talvez a causa mais prevalente de depressão e parada respiratória seja a superdosagem de anestésicos ou narcóticos Por exem- plo, o pentobarbitol sódico é um anestésico pouco recomendável, por- quanto deprime o centro respiratório consideravelmente mais do que muitos outros anestésicos, como o halotano. Antigamente, a morfina era usada como anestésico; entretanto, na atualidade, é apenas empre- gada como complemento do anestésico, visto que ela deprime acentua- damente o centro respiratório, além de ter muito menos capacidade de anestesiar o córtex cerebral. RESPIRAÇÃO PERIÓDICA Em diversas doenças, ocorre a anormalidade da respiração denomi- nada respiração periódica. A pessoa respira profundamente durante bre- ve período de tempo e, a seguir, ventila superficialmente ou não respira durante outro intervalo, com repetição do ciclo. O tipo mais comum de respiração periódica, a respiração de Cheyne- Stokes, caracteriza-se por lenta respiração que aumenta e diminui, todo o ciclo durando cerca de 40 a 60 segundos. Mecanismo básico da respiração de Cheyne-Stokes. A causa básica da respiração de Cheyne-Stokes é a seguinte: quando a pessoa hiperventila, eliminando, assim, demasiada quantidade de dióxido de carbono do sangue pulmonar e aumentando o oxigênio sanguíneo, são necessários vários segundos para que o sangue pulmonar modificado possa ser transportado até o cérebro, inibindo a ventilação. Nesse momento, a pessoa já hiperventilou alguns segundos adicionais. Assim, quando o centro respiratório eventualmente responde, ele fica deprimido, e começa, então, o ciclo oposto. Isto é, o dióxido de carbono aumenta e o oxigênio diminui no sangue pulmonar. Novamente, são necessários poucos segundos para que o cérebro possa responder às novas mudanças. Entretanto, quando ele responde, a pessoa novamente hiperventila, de modo que o ciclo se repete indefinidamente. Por conseguinte, a causa básica da respiração de Cheyne-Stokes é observada em todas as pessoas. Todavia, esse mecanismo encontra-se altamente "amortecido".-Isto é, os líquidos do sangue e do centro respira- tório possuem grandes quantidades de dióxido de carbono e oxigênio armazenados e quimicamente ligados. Por conseguinte, em condições normais, os pulmões não podem formar quantidades extras de dióxido de carbono ou deprimir o oxigênio suficientemente em poucos segundos para determinar o próximo ciclo da respiração periódica. Contudo, em duas condições distintas, os fatores de amortecimento são superados, e ocorre respiração de Cheyne-Stokes: 1. Quando existe retardo pronunciado do transporte do sangue dos pulmões para o cérebro, as trocas gasosas no sangue prosseguem por muitos segundos a mais que o habitual. Nessas condições, as capacidades de armazenamento de gases no sangue e nos tecidos são ultrapassadas; a seguir, o impulso respiratório periódico torna-se extremo, e começa

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