Trocas gasosas
A troca gasosa é a função essencial do sistema respiratório e ocorre nos pulmões, mais precisamente na zona respiratória, composta pelos bronquíolos respiratórios, ductos alveolares, sacos alveolares e pelos alvéolos pulmonares. É nesse nível que o oxigênio (O₂) passa do ar alveolar para o sangue capilar e o dióxido de carbono (CO₂) é removido do sangue para o ar expirado.
Esse processo mantém as concentrações adequadas de gases no sangue arterial, garantindo o suprimento de O₂ aos tecidos e a eliminação do CO₂ resultante do metabolismo celular.
Mecanismo de troca gasosa: a lei da difusão
A difusão de O₂ e CO₂ através da parede alveolar é um processo passivo, que segue a lei de difusão de Fick: o fluxo de um gás é proporcional à sua área de superfície disponível, ao gradiente de pressão parcial e à permeabilidade da membrana, e inversamente proporcional à espessura da barreira.
Assim, quanto maior a área de contato e menor a distância de difusão, mais eficiente será a troca gasosa. Essa relação explica o formato e a estrutura microscópica dos alvéolos: pequenas unidades esféricas com paredes extremamente finas e grande área total de superfície.
Os gases respiratórios sempre se movem de regiões onde sua pressão parcial é mais alta para regiões onde é mais baixa.
A barreira alvéolo-capilar
A difusão gasosa ocorre através de uma estrutura ultrafina conhecida como barreira ar-sangue (ou membrana respiratória), que separa o ar alveolar do sangue capilar. Essa barreira é formada por quatro camadas principais:
- A camada de água e de surfactante, secretado pelos pneumócitos tipo II, para reduzir a tensão superficial.
- O epitélio alveolar, constituído predominantemente por pneumócitos tipo I, células pavimentosas extremamente delgadas que formam a maior parte da superfície alveolar.
- A membrana basal fundida dos pneumócitos e das células endoteliais capilares, que minimiza a distância de difusão.
- O endotélio capilar, composto por células endoteliais contínuas e igualmente delgadas.
Essa arquitetura, que combina grande área de contato e espessura mínima, permite que os eritrócitos que passam pelos capilares alveolares realizem a troca gasosa em frações de segundo, o que é essencial para manter o equilíbrio gasoso mesmo durante o exercício.
Gradientes de pressão parcial em condições normais
As pressões parciais de O₂ e CO₂ no ar alveolar e no sangue venoso determinam a direção da difusão. Em condições fisiológicas normais, essas relações podem ser resumidas da seguinte forma:
| Gás | Sangue venoso (chegando ao capilar pulmonar) | Ar alveolar | Direção do fluxo |
|---|---|---|---|
| Pₒ₂ | 40 mmHg | 104 mmHg | Alvéolo → Sangue |
| P꜀ₒ₂ | 45 mmHg | 40 mmHg | Sangue → Alvéolo |
O fluxo de oxigênio e dióxido de carbono
- Oxigênio (O₂): No ar alveolar, a pressão parcial de O₂ é cerca de 104 mmHg, enquanto no sangue venoso misto é de 40 mmHg. Esse gradiente de aproximadamente 64 mmHg impulsiona o O₂ para o plasma e, em seguida, para o interior dos eritrócitos, onde se liga à hemoglobina.
- Dióxido de carbono (CO₂): O gradiente de pressão é menor, cerca de 5 mmHg (45 mmHg no sangue e 40 mmHg no alvéolo). No entanto, o CO₂ difunde-se aproximadamente 20 vezes mais rapidamente que o O₂, devido à sua maior solubilidade nos líquidos biológicos.
Como resultado, a difusão dos dois gases é altamente eficiente e o sangue que sai dos capilares pulmonares atinge quase o equilíbrio total com o ar alveolar: a PₐO₂ sobe para cerca de 95–100 mmHg e a PₐCO₂ cai para cerca de 40 mmHg.
A organização histológica dos alvéolos e capilares reflete perfeitamente a exigência funcional da difusão gasosa. O epitélio pavimentoso dos pneumócitos tipo I e o endotélio contínuo dos capilares reduzem a distância de difusão a apenas 0,2 a 0,6 µm.
Simultaneamente, o extenso leito capilar pulmonar e a superfície alveolar altamente ramificada ampliam a área total disponível para as trocas. Assim, a forma microscópica do tecido respiratório está intimamente ligada à sua função fisiológica.
Uma vez que o sangue é oxigenado e o CO₂ é removido, é necessário que o ritmo e a profundidade da ventilação se ajustem continuamente às demandas metabólicas do organismo.