Olá! Esse vídeo é uma iniciativa do departamento
de fisiologia e biofísica do ICB UFMG juntamente com os monitores das disciplinas, e
hoje vamos falar sobre a difusão dos gases pelo sistema respiratório. A história
de hoje começa por volta de 2.4 bilhões de anos atrás quando ocorreu o que chamamos de "A
grande oxigenação", quando atmosfera terrestre acumulou O2 suficiente devido a liberação desse
gás pelos seres vivos que fazem fotossíntese, alguns organismos puderam se aproveitar de um
outro tipo de metabolismo que utiliza oxigênio para fazer a sua respiração aeróbica. Saltando
alguns passos, muitos milhões de anos e várias adaptações aerobiose, chegamos à especializações
com o nosso pulmão. A principal função deste órgão é realizar as trocas gasosas que nos mantém vivos,
ou seja, obtendo o O2 necessário e eliminando o CO2 que é produzido nos processos metabólicos.
Hoje vamos aprender um pouco sobre como esse órgão tão precioso atua neste processo de troca
gasosa e como eles se comportam quando estão se movimentando no nosso corpo. Bora lá? Para você
ficar mais interessado, vamos começar com uma curiosidade sobre este órgão, você sabia que se
tirássemos os nossos pulmões e os estendessemos juntinhos, como se fosse uma coberta, seria
suficiente para cobrir uma quadra de tênis inteira de ponta a ponta? Isso equivale a mais
ou menos 85 metros quadrados. Podemos entender melhor como isso é possível ao olharmos um pouco
melhor como o sistema respiratório funciona e é organizado. Existe o fluxo de ar quando existe
alguma diferença de pressão entre dois lugares diferentes. Se existir uma diferença o movimento
será do local de maior pressão para o de menor. Interessantemente, é exatamente assim que funciona
nosso sistema respiratório. Quando você dá aquele suspiro antes entregar a prova no último minuto
o seu diafragma se contrai e a caixa torácica se expande, fazendo com que a pressão no interior dos
alvéolos fique menor do que a pressão atmosférica. Isso resulta em uma pressão negativa que gera
um fluxo de ar para dentro dos pulmões, o que conhecemos como inspiração. Depois de encher
os pulmões o relaxamento muscular faz com que o diafragma volte para sua posição natural e a caixa
torácica se retraia e a pressão pleural aumente, resultando na expiração. Ou seja, você sabia
que na verdade ao realizar uma inspiração nosso pulmão não se espante porque tem
ar entrando? Ele se expande para o ar entrar. O ar pode chegar até os pulmões começando
em dois lugares diferentes: entrando pela cavidade bucal ou pela cavidade nasal. Após passarem por
essas estruturas, o ar converge na traqueia, brônquios e bronquíolos, até chegar nos ductos
alveolares. A mágica da multiplicação do espaço começa logo após a traqueia, nos brônquios, onde
o sistema respiratório começa a se ramificar. Cada ramificação dá origem a uma nova, que
dá origem a outra, e a outra, e a outra, isso se repete por até 23 vezes. Você pode pensar
nesse processo de ramificação como se fosse uma árvore onde o brônqueo é o tronco principal
perto do chão, e vai se ramificando, até chegar na ponta de cada galho onde estão os alvéolos. O
ar percorre todo esse caminho e alcança o interior dos alvéolos, local onde ocorrem as trocas
gasosas. Essa rede alvéolo-capilar é um local que tem uma densa quantidade de alvéolos
recobertos por pequenos vasos sanguíneos conhecidos como capilares. Aqui gases contidos no
ar e no sangue se difundem passivamente através das células epiteliais alveolares em menos de um
segundo, o O2 em direção aos capilares e o CO2 em direção oposta, do sangue para o espaço alveolar.
Agora que você está devidamente contextualizado, podemos começar a entender melhor como é dinâmica
de difusão desses gases. O ar atmosférico, levado para os pulmões, é composto principalmente de N2
e O2 e possui também quantidades relativamente pequenas de CO2, argônio e outros gases inertes.
Cada um desses gases exercem uma pressão específica quando eles estão dentro do nosso
corpo ou na verdade em qualquer lugar fechado, e quando estão juntos em uma mistura somam as suas
pressões, e esse resultado é igual a 1. Mas o que isso quer dizer na prática? Significa que a soma
dessas expressões individuais, também chamadas de pressões parciais, vai ser igual a pressão total
do local. Por exemplo, ao nível do mar a soma de todas as pressões parciais dos gases que estão na
atmosfera terá que ser igual a 760 mm de mercúrio, que é a pressão atmosférica ao nível do mar.
Uma curiosidade importante, a lei que defina o conceito de pressão parcial dos gases é conhecida
como lei de Dalton. Aqui é importante saber que essas pressões parciais são determinadas pela
quantidade desse gás que está presente vezes a pressão total do local. Por exemplo, ao nível
do mar a pressão parcial do oxigênio vai ser sua quantidade disponível na atmosfera, que é de
mais ou menos 20%, multiplicada pela pressão total, que é a pressão atmosférica, que é
de 760 mm de mercúrio. Fazendo as contas, temos 0,21 vezes 760 que é mais ou menos 159,6
mm de mercúrio, ou seja, esse é o valor da pressão parcial de oxigênio, comumente abreviado
como PO2. Agora eu te pergunto, considere uma atmosfera hipotética que só possui 5% de oxigênio
e que mantém sua pressão em 760 mm de mercúrio a nível do mar, qual seria a pressão parcial do
oxigênio nesse caso? Pause o vídeo e tente fazer aí! Bom, voltando. Fazendo as contas temos 0,05
x 760 que é mais ou menos 38 mm de mercúrio. Entendendo isso, como esses gases se comportam
dentro do nosso corpo? O movimento esses gases no sistema respiratório acontece por difusão,
isso vale tanto para os líquidos quanto para os gases. Como acataremos a maior parte com gases
vamos entender sobre a lei que governa a interação entre os vários mecanismos envolvidos na difusão.
Enquanto a difusão dos gases depende apenas do gradiente de pressão, a taxa de difusão,
que é a quantidade por unidade de tempo, depende de outros fatores. A lei de Fick que a
difusão de um gás através da lâmina de tecido é diretamente relacionada à área superficial
do tecido, ao coeficiente de difusão do gás e a diferença entre as pressões parciais de cada
lado do tecido, essas inversamente proporcionais a espessura do tecido. No interior dos alvéolos
essa laâmina de tecido corresponde a barreira alvéolo-capilar e, conforme mencionamos, é por
essa barreira que ocorrerá a transferência dos gases por difusão entre os alvéolos e os capilares
adjacentes. Dessa maneira, a transferência de um gás através da superfície de troca gasosa
pode ser expressa por uma simples equação. Traduzido, quanto maior a área, menor espessura e
maior a diferença de pressão parcial, maior será a difusão daquele gás específico. Acredite, a lei
de Fick é extremamente importante para entender as propriedades de difusão dos gases no pulmão.
Para aqueles que não acreditam e precisa de provas vamos ilustrar a utilidade da lei de Fick através
de um exemplo. Se a área disponível para difusão reduzir, o que acontecerá com a transferência
do gás na membrana alvéolo-capilar? Bom, a transferência do gás através da membrana
reduzirá. Sendo este o caso, como seria possível restabelecer a transferência? A lei de Fick vem ao
resgate! Observe como as variáveis que mencionamos até então estão relacionadas na equação. Por
exemplo, poderíamos reduzir a espessura para restabelecer a transferência do gás ou poderíamos
aumentar o coeficiente de difusão dos gases. Além disso, poderíamos aumentar a diferença de pressão
parcial. Na prática esse é um cenário que pode estar presente em doenças pulmonares que tem
como característica danos à membrana alveolar, que em última instância reduz a área disponível
para trocas gasosas. A espessura da membrana é uma característica anatômica, portanto difícil
de ser alterada. O coeficiente de difusão é uma característica do gás, portanto também é difícil
de ser alterado. Já o gradiente de pressão pode ser modificado com facilidade. Você se lembra
quando mostramos o cálculo de PO2 no início do vídeo? Neste caso bastaria aumentar a fração de
O2 para aumentar a PO2, isso é relativamente fácil com cilindros de oxigênio utilizado na respiração
artificial. Agora volte olhar a equação de Fick para difusão dos gases. No exemplo que citamos se
área disponível para difusão reduz seria possível manter as transferência do gás constante ou
pelo menos com pouca alteração aumentando a PO2 no ar expirado, ou seja, aumentando o
gradiente de pressão. Com a lei de Fick então fica mais fácil entender de maneira geral porque
as doenças pulmonares que afetam a espessura ou área da membrana alvéolo-capilar terá como
consequência prejuízo na difusão, ou seja, a troca gasosa não será efetiva. Vamos continuar
mais um pouco? Os gases que não se dissolvem facilmente no sangue e não possuem muita afinidade
com as proteínas plasmáticas, por exemplo, atigem seu equilíbrio de maneira extremamente rápida
já que irão precisar apenas se espalhar dentro dos alvéolos e sangue sem interagir fortemente.
Já os gases solúveis no sangue costumam ter uma alta afinidade pelas proteínas lá presentes,
como por exemplo o monóxido de carbono. Esses dois casos são comumente identificados através de
suas respectivas limitações: gases limitados pela perfusão, onde o tempo para ocorrer o equilíbrio
das pressões parciais são apenas limitadas pela quantidade de sangue que está passando pelos
capilares em determinado momento, ou os gases limitados pela difusão, onde a velocidade para
alcançar o equilíbrio está sendo controlada principalmente pela difusão pela membrana
alvéolo-capilar. Uma coisa para se notar é que, embora O2 possua uma baixa solubilidade através
da membrana alvéolo-capilar, este gás atinge o seu equilíbrio ainda mais rápido do que o
tempo de transfer de uma hemácia pela rede, que é por volta de 0,75 segundos, em comparação
com equilíbrio que é de 0,25 segundos. Isso faz com que a transferência dele para a hemácia seja
normalmente limitada pela perfusão sanguínea. Além disso, temoso monóxido de carbono, devido
às suas características ele é frequentemente utilizado para medir a capacidade de difusão
pulmonar. Não entraremos em detalhes técnicos, mas este cálculo se torna extremamente útil
para o diagnóstico de várias doenças pulmonares, como fibrose e o enfisema. Mas agora, como
nós transportamos esses gases para todo o nosso corpo?Isso vamos deixar para um próximo
vídeo. Muito obrigado por ter assistido até aqui!