Equação de estado e modelo de gás
Para a compreensão dos processos de troca gasosa, o meio gasoso é modelado como uma mistura de gases ideais. Nas condições do organismo, os gases fisiologicamente relevantes obedecem integralmente à equação de estado do gás ideal.
Esta equação tem a seguinte forma: PV = MRT
Onde cada variável possui seu significado físico:
- P — pressão do gás;
- V — volume ocupado;
- M — quantidade de gás, expressa em mols;
- R — constante universal dos gases ideais;
- T — temperatura absoluta (medida em Kelvin).
Pressão parcial e lei de Dalton
O ar constitui uma mistura multicomponente. Para entender como cada gás individual participa da respiração, utiliza-se o conceito de pressão parcial — isto é, a pressão de um componente específico dentro da mistura total.
De acordo com a lei de Dalton, a pressão total de uma mistura de gases é determinada pela simples soma matemática das pressões parciais de cada um dos gases que compõem essa mistura.
Fórmula da lei de Dalton: P = P₁ + P₂ + P₃ + … + Pₙ
É importante destacar que a pressão parcial de qualquer gás em uma mistura é estritamente proporcional à sua porcentagem de participação.
Meios gasosos e sua composição
No processo respiratório, o ar passa por várias etapas, alterando sua composição. Tradicionalmente, distinguem-se três principais meios gasosos:
- Ar atmosférico (inspirado).
- Ar alveolar (localizado diretamente nos alvéolos).
- Ar expirado.
A porcentagem dos principais gases varia consideravelmente dependendo do meio:
- Oxigênio (O₂): no ar inspirado, sua proporção é de 20,94%, no alveolar cai para 14,5% e no expirado é igual a 16,3%.
- Dióxido de carbono (CO₂): praticamente ausente na atmosfera (0,03%), nos alvéolos sua concentração atinge 5,5% e na expiração diminui para 4,0%.
- Nitrogênio (N₂): permanece relativamente estável (79,03% na inspiração, 80% nos alvéolos e 79,7% na expiração).
Note o paradoxo: o ar alveolar contém menos oxigênio e mais dióxido de carbono do que o ar expirado. Isso se explica pelo fato de o gás expirado ser formado pela mistura do ar alveolar com o ar do «espaço morto» anatômico. O ar no espaço morto não participa das trocas gasosas e sua composição é próxima à atmosférica.
Cálculo de pressão e gradientes
Para que os gases se movam entre os pulmões e o sangue, é necessário um gradiente de pressão. Os gases sempre se deslocam de uma área de alta pressão parcial para uma área de baixa pressão parcial.
Ao calcular a pressão para o ar alveolar, deve-se considerar um fator importante: o ar nas vias respiratórias é intensamente umidificado. Portanto, da pressão atmosférica padrão (760 mmHg), deve-se subtrair a pressão do vapor de água, que é de 47 mmHg. Assim, a base de cálculo para os alvéolos é igual a 713 mmHg.
A cascata de pressão parcial (ou tensão) dos gases apresenta-se da seguinte forma:
- Ar atmosférico (a 760 mmHg): a pO₂ é de 159 mmHg e a pO₂ é 0 (apenas vestígios presentes).
- Ar alveolar (a 713 mmHg): a pO₂ diminui para 100 mmHg e a pCO₂ aumenta para 40 mmHg.
- Tecidos do organismo: a pO₂ cai para 40 mmHg e a pCO₂ atinge o máximo — 46 mmHg.
É exatamente essa diferença de pressões (por exemplo, para o oxigênio: 159 → 100 → 40) que cria uma força motriz potente, garantindo um fluxo contínuo de oxigênio para os tecidos e a remoção de dióxido de carbono.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais são os valores de tensão de oxigênio e dióxido de carbono no sangue arterial e venoso?
Os valores de tensão de oxigênio e dióxido de carbono dependem do tipo de sangue e determinam o gradiente de pressão parcial para a respiração. A força motriz da troca gasosa representa a diferença entre as pressões parciais desses gases na mistura alveolar e sua tensão no sangue.
| Tipo de sangue | O₂ (mmHg) | CO₂ (mmHg) |
|---|---|---|
| Arterial | 100–120 | 40 |
| Venoso | 40 | 48 |
Qual é a fórmula utilizada para calcular a pressão parcial de um gás específico no ar alveolar úmido?
A pressão parcial de um gás específico no ar alveolar úmido é calculada como a fração desse gás em relação à base de cálculo após a subtração da pressão do vapor de água:
p do gás = (760 − 47) × (% do gás / 100) = 713 × (% do gás / 100) mmHg.
A pressão do vapor de água é de 47 mmHg; portanto, a uma pressão atmosférica de 760 mmHg, a base de cálculo para o ar alveolar é de 713 mmHg.
Para memorizar o gradiente de oxigênio, utilize a sequência numérica «159 — 100 — 40» (Rua — Pulmões — Tecidos). O oxigênio «descorre escorregador abaixo» da alta pressão para a baixa pressão.
Questões de aulas e exames
Por que há mais oxigênio no ar expirado do que no ar alveolar?
Durante a expiração, o gás alveolar mistura-se com uma porção de ar do «espaço morto». A composição do ar no espaço morto é próxima à do ar atmosférico, portanto ele aumenta a proporção total de oxigênio na mistura expirada.
Por que 47 mmHg são subtraídos no cálculo da pressão alveolar?
Este número reflete a pressão do vapor de água. Nas vias respiratórias, o ar atmosférico é aquecido e intensamente umidificado, de modo que parte da pressão total nos pulmões é exercida pelo vapor.
O que força o oxigênio a penetrar nos tecidos?
Gradiente de pressão parcial. Nos alvéolos, a pressão de oxigênio é de 100 mmHg, e nos tecidos é de 40 mmHg. O gás difunde-se passivamente em direção à menor pressão.
O que mais estudar sobre o tema
- Aplicação matemática da equação de estado do gás ideal na fisiologia
- Influência do espaço morto anatômico na ventilação pulmonar
- Mecanismos de saturação do ar inspirado por vapor de água
- Dinâmica da pressão parcial do dióxido de carbono dos tecidos até a atmosfera
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