Fisiologia Cardiovascular Completa: Circuito, Hemodinâmica e Regulação - Resumo Detalhado

4 Fisiologia Cardiovascular Circuito do Sistema Cardiovascular Hemodinâmica Eletrofisiologia Cardíaca Contração do Músculo Cardíaco Ciclo Cardíaco Relações entre o Débito Cardíaco e o Retorno Venoso Regulação da Pressão Arterial Microcirculação Circulações Especiais Regulação da Temperatura Funções Integrativas do Sistema Cardiovascular Resumo Desafie a Si Mesmo A principal função do sistema cardiovascular é a distribuição do sangue para os tecidos fornecendo nutrientes essenciais para as células para seu metabolismo e removendo os resíduos das células O coração funciona como bomba que por meio de contração gera a pressão para impulsionar o sangue por uma série de vasos sanguíneos Os vasos que transportam o sangue do coração para os tecidos são as artérias que estão sob alta pressão e contêm porcentagem relativamente pequena do volume de sangue As veias que transportam sangue dos tecidos de volta ao coração estão sob baixa pressão e contêm a maior percentagem do volume sanguíneo Nos tecidos vasos sanguíneos de paredes finas chamados capilares estão interpostos entre as artérias e veias A troca de nutrientes resíduos e líquidos ocorre através das paredes capilares O sistema cardiovascular também está envolvido em várias funções homeostáticas participa na regulação da pressão sanguínea arterial distribui hormônios reguladores das glândulas endócrinas para seus locais de ação nos tecidosalvo participa da regulação da temperatura corporal e está envolvido nos ajustes homeostáticos para 211 estados fisiológicos alterados tais como hemorragia esforço e mudanças de postura Circuito do sistema cardiovascular Lados Esquerdo e Direito do Coração A Figura 41 é um diagrama esquemático do circuito do sistema cardiovascular Os lados esquerdo e direito do coração e os vasos sanguíneos são mostrados em relação uns aos outros Cada lado do coração tem duas câmaras o átrio e o ventrículo ligados por valvas unidirecionais chamadas de valvas atrioventriculares AV As valvas AV são construídas de modo que o sangue só possa fluir em uma direção do átrio para o ventrículo FIGURA 41 Diagrama esquemático mostrando o circuito do sistema cardiovascular As setas indicam a direção do fluxo sanguíneo As porcentagens representam o percentual do débito cardíaco Veja o texto para explicação sobre os números circulados 212 O coração esquerdo e o coração direito têm funções diferentes O coração esquerdo e as artérias capilares e veias sistêmicas são chamados coletivamente de circulação sistêmica O ventrículo esquerdo bombeia o sangue para todos os órgãos do corpo exceto para os pulmões O coração direito e as artérias pulmonares capilares e veias pulmonares são chamados coletivamente circulação pulmonar O ventrículo direito bombeia sangue para os pulmões O coração esquerdo e o coração direito funcionam em série de maneira que o sangue seja bombeado sequencialmente a partir do coração esquerdo para a circulação sistêmica para o coração direito para a circulação pulmonar e depois de volta para o coração esquerdo A intensidade com que o sangue é bombeado a partir de um ou de outro ventrículo é chamada de débito cardíaco Como os dois lados do coração funcionam em série o débito cardíaco do ventrículo esquerdo é igual ao débito cardíaco do ventrículo direito no estado estável A velocidade com que o sangue é devolvido para os átrios a partir das veias é chamada de retorno venoso Mais uma vez pelo fato de o coração esquerdo e o coração direito funcionarem em série o retorno venoso ao coração esquerdo é igual ao retorno venoso ao coração direito no estado estável Finalmente no estado estável o débito cardíaco a partir do coração é igual ao retorno venoso para o coração Vasos Sanguíneos Os vasos sanguíneos têm várias funções Servem como sistema fechado de condutos passivos que distribuem o sangue para e dos tecidos e onde os nutrientes e os resíduos são trocados Os vasos sanguíneos também participam ativamente da regulação do fluxo sanguíneo para os órgãos Quando a resistência dos vasos sanguíneos particularmente das arteríolas é alterada o fluxo sanguíneo para o órgão é alterado Circuito As etapas do circuito completo pelo sistema cardiovascular são mostradas na Figura 4 1 Os números circulados na figura correspondem às etapas descritas aqui 1 O sangue oxigenado enche o ventrículo esquerdo O sangue que foi oxigenado nos pulmões retorna ao átrio esquerdo pela veia pulmonar Esse sangue então flui do átrio esquerdo para o ventrículo esquerdo pela valva mitral valva AV do coração esquerdo 2 O sangue é ejetado do ventrículo esquerdo para a aorta O sangue deixa o ventrículo esquerdo pela valva aórtica a valva semilunar do lado esquerdo do coração localizada entre o ventrículo esquerdo e a aorta Quando o ventrículo esquerdo contrai a pressão no ventrículo aumenta fazendo com que a valva aórtica se abra e o sangue seja vigorosamente ejetado da aorta Como observado antes a quantidade de sangue ejetada pelo ventrículo esquerdo por unidade de tempo é chamada débito cardíaco O sangue então flui pelo sistema arterial impulsionado pela pressão criada pela contração do ventrículo esquerdo 3 O débito cardíaco é distribuído entre vários órgãos O débito cardíaco total do 213 coração esquerdo é distribuído entre os órgãos por meio de conjuntos de artérias paralelas Assim simultaneamente 15 do débito cardíaco são distribuídos para o cérebro pelas artérias cerebrais 5 são distribuídos para o coração pelas artérias coronárias 25 são distribuídos para os rins pelas artérias renais e assim por diante Dada essa disposição paralela dos sistemas de órgãos o fluxo sanguíneo sistêmico total deve ser igual ao débito cardíaco No entanto a distribuição percentual do débito cardíaco entre os vários órgãos não é fixa Por exemplo durante exercício extenuante a porcentagem do débito cardíaco que vai para os músculos esqueléticos aumenta em comparação com a porcentagem em repouso Existem três mecanismos principais para realizar tal variação do fluxo sanguíneo para um órgão No primeiro o débito cardíaco mantémse constante mas o fluxo sanguíneo é redistribuído entre os diversos órgãos pela alteração seletiva da resistência arteriolar Nesse cenário o fluxo sanguíneo para um órgão pode ser aumentado em detrimento do fluxo sanguíneo para outros órgãos No segundo mecanismo o débito cardíaco aumenta ou diminui mas o percentual de distribuição do fluxo sanguíneo entre os órgãos é mantido constante Por fim no terceiro mecanismo ocorre combinação dos dois primeiros mecanismos no qual tanto o débito cardíaco quanto o percentual de distribuição do fluxo sanguíneo são alterados Esse terceiro mecanismo é usado por exemplo na resposta ao exercício extenuante o fluxo sanguíneo para o músculo esquelético aumenta para atender ao aumento da demanda metabólica por meio de combinação de aumento do débito cardíaco e de aumento do percentual de distribuição para o músculo esquelético 4 O fluxo sanguíneo dos órgãos é coletado nas veias O sangue que está deixando os órgãos é venoso e contém resíduos de produtos do metabolismo como dióxido de carbono CO2 Esse sangue venoso misto é coletado nas veias de calibre crescente e finalmente na maior veia a veia cava A veia cava leva sangue ao coração direito 5 Retorno venoso para o átrio direito Como a pressão na veia cava é maior do que no átrio direito o átrio direito é preenchido com sangue o retorno venoso No estado estável o retorno venoso para o átrio direito é igual ao débito cardíaco que sai do ventrículo esquerdo 6 O sangue venoso misto preenche o ventrículo direito Sangue venoso misto flui do átrio direito para o ventrículo direito pela valva AV no coração direito a valva tricúspide 7 O sangue é ejetado do ventrículo direito para artéria pulmonar Quando o ventrículo direito contrai o sangue é ejetado pela valva pulmonar a valva semilunar do lado direito do coração na artéria pulmonar que o leva para os pulmões Observe que o débito cardíaco ejetado pelo ventrículo direito é idêntico ao débito cardíaco que foi ejetado pelo ventrículo esquerdo Nos capilares dos pulmões oxigênio O2 é adicionado ao sangue a partir do gás alveolar e CO2 é removido do sangue e adicionado ao gás alveolar Assim o sangue que deixa os pulmões tem mais O2 e menos CO2 do que o sangue que entrou nos pulmões 8 O fluxo sanguíneo nos pulmões é retornado para o coração pelas veias pulmonares O sangue oxigenado é retornado ao átrio esquerdo pela veia pulmonar 214 começando um novo ciclo Hemodinâmica O termo hemodinâmica designa os princípios que regem o fluxo do sangue no sistema cardiovascular Esses princípios básicos da física são os mesmos aplicados ao movimento dos líquidos em geral Os conceitos de fluxo pressão resistência e capacitância são aplicados para o fluxo sanguíneo que vai para o coração e que sai dele e no interior dos vasos sanguíneos Tipos e Características dos Vasos Sanguíneos Os vasos sanguíneos são os canais pelos quais o sangue é levado do coração para os tecidos e dos tecidos de volta para o coração Além disso alguns vasos sanguíneos capilares têm paredes tão finas que pode ocorrer troca de substâncias através delas O tamanho dos diferentes tipos de vasos sanguíneos e as características histológicas das suas paredes variam Essas variações têm efeitos profundos em suas propriedades de resistência e capacitância A Figura 42 é um desenho esquemático de um leito vascular A direção do fluxo sanguíneo por esse leito vascular é da artéria para a arteríola capilares vênula e veia A Figura 43 figura companheira é um gráfico que mostra a área total de corte transversal o número de vasos sanguíneos a cada nível da vasculatura bem como a porcentagem do volume de sangue contido em cada tipo de vaso FIGURA 42 Disposição dos vasos sanguíneos no sistema cardiovascular 215 FIGURA 43 Área e volume contido nos vasos sanguíneos sistêmicos Os vasos sanguíneos são descritos pelo número de cada tipo área transversal total e porcentagem de volume sanguíneo contido Vasos sanguíneos pulmonares não estão incluídos nesta figura Número total inclui veias e vênulas Artérias A aorta é a maior artéria da circulação sistêmica Artérias de tamanho médio e pequeno se ramificam da aorta A função das artérias é a de levar sangue oxigenado para os órgãos As artérias são estruturas de paredes espessas com tecido elástico muito desenvolvido músculo liso e tecido conjuntivo A espessura da parede arterial é característica importante as artérias recebem sangue diretamente do coração e estão sob a maior pressão na vasculatura O volume de sangue contido nas artérias é chamado volume estressado que significa volume de sangue sob alta pressão Arteríolas As arteríolas são os menores ramos das artérias Suas paredes têm músculo liso bem desenvolvido e são o local de maior resistência ao fluxo sanguíneo O músculo liso nas paredes das arteríolas é tonicamente ativo ie sempre contraído É difusamente inervado por fibras dos nervos simpáticos adrenérgicos Os receptores α1adrenérgicos são encontrados nas arteríolas de diversos leitos vasculares p ex da pele e na vasculatura esplâncnica Quando ativados esses receptores causam contração ou constrição do músculo liso vascular A constrição produz diminuição do diâmetro das arteríolas o que aumenta sua resistência ao fluxo sanguíneo Menos comum os receptores β2adrenérgicos são encontrados em arteríolas do músculo esquelético Quando ativados esses receptores causam relaxamento do músculo liso vascular o que aumenta o diâmetro e diminui a resistência dessas arteríolas ao fluxo sanguíneo Assim as arteríolas não são apenas o local de maior resistência na vasculatura mas 216 também são o local onde a resistência pode ser variada por alterações da atividade nervosa simpática pelas catecolaminas circulantes e por outras substâncias vasoativas Capilares Os capilares são estruturas de paredes finas revestidas por camada única de células endoteliais circundada pela lâmina basal Capilares são o local onde os nutrientes gases água e solutos são trocados entre o sangue e os tecidos e nos pulmões entre o sangue e o gás alveolar Substâncias lipossolúveis p ex O2 e CO2 atravessam a parede do capilar por dissolução nas membranas de células endoteliais e por difusão Em contrapartida substâncias hidrossolúveis p ex íons atravessam a parede capilar ou através de fendas espaços cheias de água entre as células endoteliais ou através de grandes poros nas paredes de alguns capilares p ex capilares fenestrados Nem todos os capilares são perfundidos com sangue em todos os momentos Em vez disso ocorre perfusão seletiva dos leitos capilares dependendo das necessidades metabólicas dos tecidos Essa perfusão seletiva é determinada pelo grau de dilatação ou de constrição das arteríolas e esfíncteres précapilares faixas musculares lisas situadas antes dos capilares O grau de dilatação ou de constrição é por sua vez controlado pela inervação simpática do músculo liso vascular e por metabólitos vasoativos produzidos nos tecidos Vênulas e veias Assim como os capilares as vênulas são estruturas de paredes finas As paredes das veias são compostas da camada usual de células endoteliais e de pequena quantidade de tecido elástico músculo liso e tecido conjuntivo Pelo fato de as paredes das veias conterem muito menos tecido elástico do que as artérias as veias têm capacitância capacidade para armazenar sangue muito grande Na verdade as veias contêm o maior percentual de sangue no sistema cardiovascular O volume de sangue contido nas veias é chamado de volume não estressado volume de sangue sob baixa pressão O músculo liso nas paredes das veias é como nas paredes das arteríolas inervado por fibras nervosas simpáticas Aumentos da atividade dos nervos simpáticos via receptores α1adrenégicos causam contração das veias o que reduz sua capacitância e portanto reduz o volume não estressado Velocidade do Fluxo Sanguíneo A velocidade do fluxo sanguíneo é a velocidade ou intensidade do deslocamento de sangue por unidade de tempo Os vasos sanguíneos do sistema cardiovascular variam em termos de diâmetro e área em corte transversal Essas diferenças do diâmetro e de área por sua vez têm efeitos profundos sobre a velocidade do fluxo A relação entre a velocidade fluxo e área transversal que depende do raio ou diâmetro do vaso é a seguinte 217 onde v Velocidade do fluxo sanguíneo cms Q Fluxo mLs A Área de corte transversal cm2 A velocidade do fluxo sanguíneo v é a velocidade linear e se refere à velocidade de deslocamento de sangue por unidade de tempo Assim a velocidade é expressa em unidades de distância por unidade de tempo p ex cms Fluxo Q é o fluxo de volume por unidade de tempo e é expresso em unidades de volume por unidade de tempo p ex mLs Área A é a área de corte transversal do vaso sanguíneo p ex aorta ou de grupo de vasos sanguíneos p ex todos os capilares A área é calculada como A πr2 onde r é o raio de vaso sanguíneo único p ex aorta ou o raio total soma de grupo de vasos sanguíneos p ex todos os vasos capilares A Figura 44 ilustra como as variações do diâmetro alteram a velocidade do fluxo pelo vaso Nessa figura três vasos sanguíneos são mostrados em ordem crescente de diâmetro e área transversal O fluxo por cada um dos vasos sanguíneos é idêntico 10 mLs No entanto devido à relação inversa entre a velocidade do vaso e a área transversal à medida que o diâmetro do vaso aumenta diminui a velocidade do fluxo pelo vaso FIGURA 44 Efeito do diâmetro do vaso sanguíneo na velocidade do fluxo sanguíneo Esse exemplo pode ser extrapolado para o sistema cardiovascular Imagine que o vaso menor representa a aorta o vaso de tamanho médio representa todas as artérias e o vaso maior representa todos os capilares O fluxo sanguíneo total a cada nível de vasos sanguíneos é o mesmo e é igual ao débito cardíaco Devido à relação inversa entre a velocidade e a área transversal total a velocidade do fluxo sanguíneo será maior na aorta e menor nos capilares Do ponto de vista da função capilar ie troca de 218 nutrientes solutos e água a baixa velocidade do fluxo sanguíneo é vantajosa maximiza o tempo de troca através da parede capilar Exemplo de problema Homem tem débito cardíaco de 55 Lmin Estimase que o diâmetro da sua aorta seja de 20 mm e a área transversal total de seus capilares sistêmicos seja estimada em 2500 cm2 Qual é a velocidade do fluxo sanguíneo na aorta com relação à velocidade do fluxo sanguíneo nos capilares Solução Para comparar a velocidade do fluxo sanguíneo na aorta com a velocidade nos capilares são necessários dois valores para cada tipo de vaso sanguíneo o fluxo sanguíneo total Q e a área total de corte transversal cm2 O fluxo total em cada nível é o mesmo e é igual ao débito cardíaco A área total de corte transversal dos capilares é dada no problema e a área transversal da aorta deve ser calculada a partir do seu raio que é de 10 mm Área πr2 314 10 mm2 314 1 cm2 314 cm2 Desse modo Assim a velocidade na aorta é 800 vezes a dos capilares 1752 cmmin na aorta em comparação com 22 cmmin nos capilares Esses cálculos confirmam a discussão anterior sobre a velocidade do fluxo sanguíneo A velocidade do fluxo deve ser a mais baixa nos vasos com a maior área total transversal os capilares e a mais alta nos vasos com a menor área transversal total a aorta Relações entre Fluxo Sanguíneo Pressão e Resistência 219 O fluxo sanguíneo pelo vaso sanguíneo ou por série de vasos sanguíneos é determinado por dois fatores a diferença de pressão entre as duas extremidades do vaso de entrada e saída e da resistência oposta pelo vaso ao fluxo sanguíneo A diferença de pressão é a força motriz para o fluxo sanguíneo e a resistência é impedimento ao fluxo A relação de fluxo pressão e resistência é análoga à relação da corrente I voltagem ΔV e resistência R em circuitos elétricos como expresso pela lei de Ohm Lei de Ohm afirma que ΔV I R ou I ΔVR O fluxo sanguíneo é análogo ao fluxo de corrente a diferença de pressão ou força motriz é análoga à diferença de voltagem e a resistência hidrodinâmica é análoga à resistência elétrica A equação para o fluxo sanguíneo é expressa da seguinte maneira onde Q Fluxo mLmin ΔP Diferença de pressão mmHg R Resistência mmHgmLmin A intensidade do fluxo sanguíneo Q é diretamente proporcional ao valor da diferença de pressão ΔP ou gradiente de pressão A direção do fluxo sanguíneo é determinada pela direção do gradiente de pressão e é sempre da pressão alta para a baixa Por exemplo durante a ejeção ventricular o sangue flui do ventrículo esquerdo para a aorta e não em outra direção porque a pressão no ventrículo é maior do que a pressão na aorta Para outro exemplo o sangue flui da veia cava para o átrio direito pois a pressão na veia cava é ligeiramente mais alta do que no átrio direito Além disso o fluxo sanguíneo é inversamente proporcional à resistência R O aumento da resistência p ex vasoconstrição arteriolar diminui o fluxo e a redução da resistência p ex vasodilatação arteriolar aumenta o fluxo O principal mecanismo para mudar o fluxo sanguíneo no sistema cardiovascular é o de variar a resistência dos vasos sanguíneos particularmente das arteríolas A relação entre o fluxo pressão e resistência também pode ser reorganizada para determinar a resistência Se o fluxo sanguíneo e o gradiente de pressão forem conhecidos a resistência é calculada como R ΔPQ Essa relação pode ser usada para medir a resistência de toda a vasculatura sistêmica ie a resistência periférica total ou ela pode ser usada para medir a resistência em um único órgão ou vaso sanguíneo Resistência periférica total A resistência de toda a vasculatura sistêmica é chamada resistência periférica total RPT ou resistência vascular sistêmica RVS A RPT pode ser medida pela relação entre fluxo pressão e resistência substituindo o fluxo Q pelo débito cardíaco e ΔP pela diferença de pressão entre a aorta e a veia cava Resistência em um único órgão A relação fluxo pressão e resistência também pode ser aplicada em menor escala para determinar a resistência de um único órgão 220 Como ilustrado no exemplo de problema a seguir a resistência da vasculatura renal pode ser determinada substituindo o fluxo Q pelo fluxo sanguíneo renal e ΔP pela diferença de pressão entre a artéria renal e a veia renal Exemplo de problema O fluxo sanguíneo renal é medido por meio da colocação de medidor de fluxo na artéria renal esquerda de uma mulher Simultaneamente inseremse sondas de pressão em sua artéria renal esquerda e veia renal esquerda para medir a pressão O fluxo sanguíneo renal definido pelo medidor de fluxo é de 500 mLmin As sondas de pressão medem a pressão arterial renal como 100 mmHg e a pressão venosa renal como 10 mmHg Qual é a resistência vascular do rim esquerdo nessa mulher Solução O fluxo sanguíneo para o rim esquerdo como medido pelo medidor de fluxo é Q A diferença de pressão entre a artéria renal e a veia renal é ΔP A resistência ao fluxo na vasculatura renal é calculada pelo rearranjo da equação do fluxo sanguíneo Fazendo o rearranjo e resolvendo para R Resistência ao Fluxo Sanguíneo Os vasos sanguíneos e o sangue em si constituem a resistência ao fluxo sanguíneo A relação entre a resistência o diâmetro dos vasos sanguíneos ou raio e a viscosidade do sangue é descrita pela equação de Poiseuille A resistência total oferecida por conjunto de vasos sanguíneos também depende de se os vasos estão dispostos em série ie o sangue flui sequencialmente a partir de um vaso para o próximo ou paralelamente ie o fluxo sanguíneo total é distribuído simultaneamente entre os 221 vasos paralelos Equação de Poiseuille Os fatores que determinam a resistência de um vaso sanguíneo ao fluxo sanguíneo são expressos pela equação de Poiseuille onde R Resistência η Viscosidade do sangue l Comprimento do vaso sanguíneo r4 Raio do vaso sanguíneo elevado à quarta potência Os conceitos mais importantes expressos na equação de Poiseuille são os seguintes Primeiro a resistência ao fluxo é diretamente proporcional à viscosidade η do sangue por exemplo com o aumento da viscosidade p ex se houver aumento do hematócrito a resistência ao fluxo também aumenta Segundo a resistência ao fluxo é diretamente proporcional ao comprimento l do vaso sanguíneo Terceiro e mais importante a resistência ao fluxo é inversamente proporcional à quarta potência do raio r4 do vaso sanguíneo Essa é uma relação forte de fato Quando o raio do vaso sanguíneo diminui sua resistência aumenta não de maneira linear mas ampliada pela relação de quarta potência Por exemplo se o raio do vaso sanguíneo diminuir pela metade a resistência não apenas dobra ela aumenta 16 vezes 24 Exemplo de problema Um homem sofre acidente vascular cerebral causado por oclusão parcial de sua artéria carótida interna esquerda A avaliação da artéria carótida com uso de ressonância magnética RM mostra redução de 75 em seu raio Supondo que o fluxo sanguíneo pela artéria carótida interna esquerda é de 400 mLmin antes da oclusão qual é o fluxo sanguíneo pela artéria após a oclusão Solução A variável nesse exemplo é o diâmetro ou raio da artéria carótida interna esquerda O fluxo sanguíneo é inversamente proporcional à resistência da artéria Q ΔPR e a resistência é inversamente proporcional ao raio elevado à quarta potência equação de Poiseuille A artéria carótida interna está ocluída e seu raio é reduzido em 75 Outra forma de expressar essa redução é dizer que o raio é reduzido para um quarto de seu tamanho original A primeira questão é Quanto a resistência iria aumentar com 75 de oclusão da 222 artéria A resposta é encontrada na equação de Poiseuille Após a oclusão o raio da artéria é um quarto seu raio original assim a resistência aumentou 1144 ou 256 vezes A segunda questão é Qual seria o fluxo se a resistência aumentasse 256 vezes A resposta encontrase na relação fluxo pressão resistência Q ΔPR Como a resistência aumentou 256 vezes então o fluxo diminuiu para 1256 ou 00039 ou 039 do valor original O fluxo é de 039 de 400 mLmin ou 156 mLmin Obviamente essa é uma diminuição drástica do fluxo sanguíneo para o cérebro completamente baseada na relação de quarta potência entre a resistência e o raio do vaso Resistências em Série e Paralelo Resistências no sistema cardiovascular como nos circuitos elétricos podem ser dispostas em série ou em paralelo Fig 45 Dependendo de se a disposição for em série ou paralelo ela produz valores diferentes para a resistência total 223 FIGURA 45 Disposição dos vasos sanguíneos em série e em paralelo As setas mostram a direção do fluxo sanguíneo R Resistência subscritos referem se às resistências individuais Resistência em série é ilustrada pela disposição de vasos sanguíneos em determinado órgão Cada órgão é suprido de sangue por artéria principal e drenado por veia maior Dentro do órgão o sangue flui da artéria maior para as artérias menores arteríolas capilares vênulas e veias A resistência total do sistema organizado em série é igual à soma das resistências individuais como mostrado na equação adiante e na Figura 45 Das várias resistências em série a resistência arteriolar é de longe a maior A resistência total de um leito vascular é determinada portanto em grande parte pela resistência arteriolar A resistência em série é expressa como segue 224 Quando as resistências são dispostas em série o fluxo total a cada nível do sistema é o mesmo Por exemplo o fluxo sanguíneo pela aorta é igual ao fluxo sanguíneo por todas as grandes artérias sistêmicas igual ao fluxo sanguíneo por todas as arteríolas sistêmicas igual ao fluxo sanguíneo por todos os capilares sistêmicos Para outro exemplo o fluxo sanguíneo pela artéria renal é igual a fluxo sanguíneo por todos os capilares renais igual ao fluxo sanguíneo pela veia renal menos o pequeno volume perdido na urina Embora o fluxo total seja constante em cada nível da série a pressão diminui progressivamente à medida que o sangue flui por cada componente sequencial lembrese de que Q ΔPR ou ΔP Q R A maior diminuição da pressão ocorre nas arteríolas porque elas representam a maior parte da resistência Resistência em paralelo é ilustrada pela distribuição do fluxo sanguíneo entre as várias artérias principais que se ramificam a partir da aorta Figs 41 e 45 Lembrese de que o débito cardíaco flui pela aorta e é distribuído com base porcentual entre os vários sistemas orgânicos Assim ocorre fluxo sanguíneo paralelo simultâneo por cada uma das circulações p ex renal cerebral e coronária O efluente venoso dos órgãos em seguida se acumula na veia cava e retorna ao coração Como mostrado na equação adiante e na Figura 45 a resistência total na disposição em paralelo é menor a qualquer das resistências individuais Os índices 1 2 3 e assim por diante referemse às resistências das circulações cerebral coronariana renal gastrointestinal dos músculos esqueléticos e da pele A resistência em paralelo é expressa da seguinte maneira Quando o fluxo sanguíneo é distribuído através de conjunto de resistências paralelas o fluxo por cada órgão é fração do fluxo sanguíneo total Os efeitos dessa disposição são que não ocorre perda de pressão nas artérias maiores e que a pressão média em cada artéria maior será aproximadamente a mesma que a pressão média na aorta Outra consequência previsível da disposição em paralelo é que a adição de uma resistência ao circuito faz com que a resistência total diminua em vez de aumentar Matematicamente isso pode ser demonstrado como segue Quatro resistências cada uma com valor numérico de 10 estão dispostas em paralelo De acordo com a equação a resistência total é 25 1Rtotal 110 110 110 110 25 Se uma quinta resistência com valor de 10 é adicionada à disposição em paralelo a 225 resistência total diminui para 2 1Rtotal 110 110 110 110 110 2 Por outro lado se a resistência de um dos vasos individuais em disposição em paralelo aumentar então a resistência total aumenta Isso pode ser demonstrado pelo retorno para disposição em paralelo de quatro vasos sanguíneos onde cada resistência individual é de 10 e a resistência total é de 25 Se um dos quatro vasos sanguíneos estiver completamente ocluído sua resistência individual passa a ser infinita A resistência total da disposição em paralelo então aumenta para 3333 1Rtotal 110 110 110 1 Fluxo Laminar e Número de Reynolds Idealmente o fluxo sanguíneo no sistema cardiovascular é laminar ou alinhado na corrente streamlined No fluxo laminar existe perfil parabólico da velocidade dentro do vaso sanguíneo e a velocidade é maior no centro do vaso e mais baixa próximo às paredes dos vasos Fig 46 O perfil parabólico se desenvolve porque a camada de sangue junto à parede do vaso adere à parede e essencialmente não se move A próxima camada de sangue em direção ao centro desliza pela camada imóvel e move se pouco mais rapidamente Cada camada sucessiva de sangue em direção ao centro movese ainda mais rapidamente com menor aderência às camadas adjacentes Assim a velocidade do fluxo na parede do vaso é zero e a velocidade no centro da corrente é máxima O fluxo sanguíneo laminar se ajusta a esse perfil parabólico ordenado 226 FIGURA 46 Comparação do fluxo laminar com o fluxo sanguíneo turbulento O comprimento das setas mostra a velocidade aproximada do fluxo sanguíneo O fluxo sanguíneo laminar tem perfil parabólico com velocidade mais baixa na parede do vaso e mais alta no centro da corrente O fluxo sanguíneo turbulento apresenta fluxo axial e radial Quando ocorre irregularidade no vaso sanguíneo p ex nas valvas ou no local de um coágulo sanguíneo o fluxo laminar é interrompido e o fluxo sanguíneo pode tornarse turbulento No fluxo turbulento Fig 46 as correntes líquidas não permanecem no perfil parabólico em vez disso as correntes se misturam radial e axialmente Pelo fato de a energia ser desperdiçada ao impulsionar o sangue radial e axialmente é necessária mais energia pressão para conduzir o fluxo sanguíneo turbulento do que para o fluxo sanguíneo laminar O fluxo turbulento frequentemente é acompanhado por vibrações audíveis chamadas sopros ruídos ou bulhas O número de Reynolds é número adimensional usado para prever se o fluxo sanguíneo será laminar ou turbulento Ele leva em conta uma série de fatores como o diâmetro do vaso sanguíneo a velocidade medida do fluxo e a viscosidade do sangue Desse modo 227 onde NR Número de Reynolds ρ Densidade do sangue d Diâmetro do vaso sanguíneo v Velocidade do fluxo sanguíneo η Viscosidade do sangue Se o número de Reynolds NR for inferior a 2000 o fluxo sanguíneo será laminar Se o número de Reynolds for superior a 2000 existe a crescente probabilidade de que o fluxo sanguíneo seja turbulento Valores superiores a 3000 sempre preveem fluxo turbulento As maiores influências sobre o número de Reynolds no sistema cardiovascular são as alterações na viscosidade do sangue e alterações na velocidade do fluxo sanguíneo A inspeção da equação mostra que reduções da viscosidade p ex diminuição do hematócrito causam aumento no número de Reynolds De maneira semelhante o estreitamento do vaso sanguíneo que produz aumento na velocidade do fluxo sanguíneo provoca aumento do número de Reynolds O efeito de estreitamento do vaso sanguíneo ie redução do diâmetro e raio sobre o número de Reynolds é inicialmente intrigante pois de acordo com a equação diminuições no diâmetro do vaso devem diminuir o número de Reynolds diâmetro está no numerador Lembrese no entanto de que a velocidade do fluxo sanguíneo também depende do diâmetro raio de acordo com a equação anterior v QA ou v Assim a velocidade também no numerador da equação para o número de Reynolds aumenta à medida que diminui o raio elevado à segunda potência Assim a dependência do número de Reynolds à velocidade é mais forte do que a dependência ao diâmetro Duas situações clínicas comuns anemia e trombos ilustram a aplicação do número de Reynolds na previsão de turbulência A anemia está associada à diminuição do hematócrito diminuição da massa de hemácias e devido ao fluxo sanguíneo turbulento causa sopros funcionais O número de Reynolds o previsor da turbulência é aumentado na anemia devido à diminuição da viscosidade do sangue Segunda causa do aumento do número de Reynolds nos pacientes com anemia é o débito cardíaco elevado o que provoca aumento na velocidade do fluxo sanguíneo v QA Trombos são coágulos de sangue na luz de um vaso Os trombos estreitam o diâmetro do vaso sanguíneo o que provoca aumento na velocidade do sangue no local do trombo aumentando assim o número de Reynolds e produzindo turbulência Cisalhamento Cisalhamento é consequência do fato de que o sangue cursa em velocidades diferentes pelo vaso sanguíneo Fig 46 O cisalhamento ocorre se camadas adjacentes do sangue cursarem com diferentes velocidades quando camadas adjacentes cursam na mesma velocidade não ocorre cisalhamento Assim o cisalhamento é maior na parede 228 do vaso sanguíneo de acordo com o seguinte raciocínio Imediatamente junto à parede existe camada imóvel de sangue ie a velocidade é zero a camada adjacente de sangue está movendose e portanto tem velocidade A maior diferença relativa da velocidade do sangue é entre a camada imóvel de sangue imediatamente junto à parede e a próxima camada interna O cisalhamento é o mais baixo no centro do vaso sanguíneo onde a velocidade do sangue é a mais elevada mas onde as camadas adjacentes de sangue estão se movendo essencialmente na mesma velocidade A consequência do cisalhamento é que ele rompe os agregados de hemácias e diminui a viscosidade do sangue Assim na parede onde a intensidade do cisalhamento normalmente é mais elevada a agregação de hemácias e a viscosidade são mais baixas Complacência dos Vasos Sanguíneos A complacência ou capacitância do vaso sanguíneo descreve o volume de sangue que o vaso pode conter sob determinada pressão A complacência está relacionada à distensibilidade e é fornecida pela seguinte equação onde C Complacência mLmmHg V Volume mL P Pressão mmHg A equação para os estados de complacência mostra que quanto maior a complacência do vaso maior será o volume que poderá conter sob determinada pressão Ou dito de maneira diferente a complacência descreve como o volume de sangue contido no vaso varia a determinada alteração da pressão ΔVΔP A Figura 47 ilustra o princípio de complacência e mostra a complacência relativa de veias e artérias Para cada tipo de vaso sanguíneo o volume é colocado no gráfico como uma função da pressão A inclinação de cada curva é a complacência A complacência das veias é alta em outras palavras as veias mantêm grandes volumes de sangue sob baixa pressão A complacência das artérias é muito mais baixa do que a das veias e isso ocorre sob alta pressão 229 FIGURA 47 Capacitância das veias e artérias O volume é representado como função da pressão As inclinações das curvas são as capacitâncias C A diferença na complacência das veias e artérias fundamenta os conceitos de volume não estressado e estressado As veias são mais complacentes e contêm volume não estressado grande volume sob baixa pressão As artérias são muito menos complacentes e contêm o volume estressado baixo volume sob alta pressão O volume total de sangue no sistema cardiovascular é a soma do volume não estressado e o volume estressado mais qualquer volume contido no coração Alterações na complacência das veias causam redistribuição do sangue entre as veias e as artérias ie o sangue muda entre os volumes sem e com estresse Por exemplo se a complacência das veias diminuir p ex devido à venoconstrição ocorre diminuição do volume que as veias podem conter e consequentemente deslocamento de sangue das veias para as artérias o volume não estressado diminui e o volume estressado aumenta Se a complacência das veias aumentar ocorre aumento do volume que as veias podem conter e consequentemente deslocamento de sangue das artérias para as veias o volume não estressado aumenta e o volume estressado diminui Essas redistribuições de sangue entre as veias e artérias têm consequências para a pressão arterial como discutido adiante neste capítulo A Figura 47 também ilustra o efeito do envelhecimento sobre a complacência das artérias As características das paredes arteriais se modificam com o avanço da idade as paredes ficam mais rígidas menos elásticas e menos complacentes Sob determinada pressão arterial as artérias podem conter menos sangue Outra maneira de pensar na diminuição da complacência associada ao envelhecimento é que para 230 que uma artéria velha contenha o mesmo volume que uma artéria jovem a pressão na artéria velha deve ser maior que a pressão na artéria jovem Na verdade as pressões arteriais estão aumentadas nos idosos devido à diminuição da complacência arterial Pressões no Sistema Cardiovascular As pressões sanguíneas não são iguais em todo o sistema cardiovascular Se fossem iguais o sangue não fluiria pois o fluxo exige uma força motriz ie uma diferença de pressão As diferenças de pressão que existem entre o coração e os vasos sanguíneos são a força motriz para o fluxo sanguíneo A Tabela 41 apresenta resumo das pressões nas circulações sistêmica e pulmonar Tabela 41 Pressões no Sistema Cardiovascular Localização Pressão Média mmHg Sistêmica Aorta 100 Grandes artérias 100 sistólica 120 diastólica 80 Arteríolas 50 Capilares 20 Veia cava 4 Átrio direito 02 Pulmonar Artéria pulmonar 15 sistólica 25 diastólica 8 Capilares 10 Veia pulmonar 8 Átrio esquerdo 25 Pressões no lado esquerdo do coração são difíceis de medir diretamente No entanto a pressão atrial esquerda pode ser medida pela pressão pulmonar em cunha Com essa técnica um cateter é inserido na artéria pulmonar e avançado em direção a ramo pequeno da artéria pulmonar O cateter forma uma cunha e bloqueia todo o fluxo sanguíneo a partir desse ramo Quando o fluxo é interrompido o cateter detecta a pressão no átrio esquerdo quase diretamente Perfil da Pressão na Vasculatura A Figura 48 é o perfil das pressões na vasculatura sistêmica Em primeiro lugar examine o perfil uniforme ignorando as pulsações A curva uniforme fornece a pressão média que é a mais elevada na aorta e grandes artérias e diminui progressivamente à medida que o sangue flui das artérias para as arteríolas capilares veias e de volta para o coração Essa diminuição da pressão ocorre quando o sangue flui pela vasculatura porque a energia é consumida para superar as resistências ao 231 atrito FIGURA 48 Perfil da pressão na vasculatura A curva contínua é a pressão média As pulsações quando presentes são sobrepostas à pressão média A pressão média na aorta é elevada com média de 100 mmHg Tabela 41 e Fig 48 Essa pressão arterial média alta é resultado de dois fatores o grande volume de sangue bombeado pelo ventrículo esquerdo para a aorta débito cardíaco e a baixa complacência da parede arterial Lembrese de que determinado volume provoca pressão maior quando a complacência do vaso é baixa A pressão continua alta nas grandes artérias que se originam da aorta devido à alta retração elástica das paredes arteriais Assim pouca energia é perdida quando o sangue flui da aorta pela árvore arterial A partir das pequenas artérias a pressão arterial diminui e a redução mais significativa ocorre nas arteríolas Ao final das arteríolas a pressão medida é de cerca de 30 mmHg Essa redução drástica da pressão ocorre porque as arteríolas apresentam alta resistência ao fluxo Como o fluxo sanguíneo total é constante em todos os níveis do sistema cardiovascular à medida que aumenta a resistência a pressão deve 232 necessariamente cair Q ΔPR ou ΔP Q R à medida que o sangue circula por um número maior de vasos Nos capilares a pressão diminui ainda mais por dois motivos resistência por atrito ao fluxo e pela filtração de líquido para fora dos capilares consulte a discussão sobre microcirculação Quando o sangue atinge as vênulas e veias a pressão diminuiu ainda mais Lembrese de que pelo fato da complacência das veias ser muito elevada as veias podem conter grandes volumes de sangue nessa baixa pressão A pressão na veia cava é de apenas 4 mmHg e no átrio direito é ainda mais baixa 0 a 2 mmHg Pressão Arterial na Circulação Sistêmica Outro exame da Figura 48 revela que embora a pressão média nas artérias seja alta e constante ocorrem oscilações ou pulsações da pressão arterial Essas pulsações refletem a atividade pulsátil do coração ejeção de sangue durante a sístole repouso durante a diástole ejeção de sangue repouso e assim por diante Cada ciclo de pulsação nas artérias coincide com um ciclo cardíaco A Figura 49 mostra uma versão expandida de duas destas pulsações em grande artéria FIGURA 49 Pressão arterial sistêmica durante o ciclo cardíaco A pressão sistólica é a pressão mais alta medida durante a sístole A pressão diastólica é a pressão mais baixa medida durante a diástole A pressão de pulso é a diferença entre a pressão sistólica e a pressão diastólica Consulte texto para a discussão sobre a pressão arterial média A pressão diastólica é a pressão arterial mais baixa medida durante um ciclo cardíaco e é a pressão na artéria durante o relaxamento ventricular quando não 233 há sangue sendo ejetado pelo ventrículo esquerdo A pressão sistólica é a maior pressão arterial medida durante um ciclo cardíaco É a pressão na artéria após o sangue ter sido ejetado pelo ventrículo esquerdo durante a sístole A pequena redução na curva de pressão arterial chamada de incisura dicrótica é produzida quando a valva aórtica se fecha O fechamento da valva aórtica produz breve período de fluxo retrógrado da aorta de volta em direção à valva reduzindo brevemente a pressão aórtica abaixo do valor sistólico Pressão de pulso é a diferença entre a pressão sistólica e diastólica Se todos os outros fatores forem iguais a grandeza da pressão de pulso reflete o volume de sangue ejetado do ventrículo esquerdo por um só batimento ou o volume sistólico A pressão de pulso pode ser usada como indicador do volume sistólico devido às relações entre pressão volume e complacência Lembrese de que a complacência do vaso sanguíneo é o volume que o vaso pode conter sob determinada pressão C VP Assim supondo que a complacência arterial seja constante a pressão arterial depende do volume de sangue que a artéria contém em qualquer momento no tempo Por exemplo o volume de sangue na aorta em dado momento é determinado pelo balanço entre o fluxo de entrada e o fluxo de saída de sangue Quando o ventrículo esquerdo contrai ele ejeta rapidamente o volume sistólico para a aorta e a pressão sobe com grande velocidade até seu nível mais elevado a pressão sistólica O sangue em seguida começa a fluir da aorta para o restante da árvore arterial Agora à medida que o volume na aorta diminui a pressão também diminui A pressão arterial atinge seu nível mais baixo a pressão diastólica quando o ventrículo está relaxado e o sangue está retornando do sistema arterial para o coração A pressão arterial média é a pressão média em ciclo cardíaco completo e é calculada da seguinte maneira Observe que a pressão arterial média não é a média aritmética simples das pressões diastólica e sistólica Isso ocorre porque maior fração de cada ciclo cardíaco é despendida na diástole do que na sístole Assim o cálculo da pressão arterial média confere maior peso à pressão diastólica do que à pressão sistólica Curiosamente as pulsações nas grandes artérias são ainda maiores que as pulsações da aorta Fig 48 Em outras palavras a pressão sistólica e a pressão de pulso são mais elevadas nas grandes artérias do que na aorta A razão pela qual a pressão de pulso deve aumentar nas artérias corrente abaixo não está imediatamente clara A explicação reside no fato de que após ejeção de sangue pelo ventrículo esquerdo a onda de pressão cursa na velocidade maior do que o próprio sangue devido à inércia do sangue aumentando a pressão corrente abaixo nos ramos da aorta Além disso nos pontos de ramificação das artérias ondas de pressão são refletidas o que também 234 tende a aumentar a pressão nesses locais Como o sangue flui da aorta para as grandes artérias pode parecer estranho que a pressão sistólica e a pressão de pulso sejam mais elevadas nas artérias menores Sabemos que a direção do fluxo sanguíneo deve ser da pressão alta para a baixa e não da maneira contrária A explicação é que a força motriz para o fluxo sanguíneo nas artérias é a pressão arterial média que é mais influenciada pela pressão diastólica do que pela pressão sistólica porque maior proporção de cada ciclo cardíaco é despendida na diástole Observe na Figura 48 que enquanto a pressão sistólica é maior nas grandes artérias do que na aorta a pressão diastólica é menor assim a pressão arterial média é inferior nas grandes artérias do que na aorta Embora a pressão sistólica e a pressão de pulso sejam maiores nas grandes artérias em comparação com a aorta a partir desse ponto ocorre amortecimento das oscilações A pressão de pulso ainda é evidente mas reduzida nas artérias menores é praticamente ausente nas arteríolas e completamente ausente nos capilares vênulas e veias Esse amortecimento e a perda da pressão de pulso ocorrem por duas razões 1 A resistência dos vasos sanguíneos especialmente das arteríolas torna difícil a transmissão da pressão de pulso 2 A complacência dos vasos sanguíneos especialmente das veias torna a pressão de pulso lenta quanto mais complacente o vaso sanguíneo mais volume pode ser adicionado a ele sem causar aumento na pressão Várias condições patológicas alteram a curva de pressão arterial de modo previsível Fig 410 Como observado anteriormente a pressão de pulso é a alteração na pressão arterial que ocorre quando o volume sistólico é ejetado do ventrículo esquerdo para a aorta Logicamente então a pressão de pulso será alterada caso o volume sistólico varie ou caso a complacência das artérias mude 235 FIGURA 410 Efeito da arteriosclerose e da estenose aórtica na pressão arterial Arteriosclerose Fig 410 Na arteriosclerose depósitos de placas nas paredes arteriais diminuem o diâmetro das artérias e as tornam mais rígidas e menos complacentes Pelo fato da complacência arterial ser reduzida a ejeção do volume sistólico do ventrículo esquerdo provoca variação muito maior da pressão arterial do que provocaria nas artérias normais C ΔVΔP ou ΔP ΔVC Assim na arteriosclerose a pressão sistólica pressão de pulso e pressão média estão todas aumentadas Estenose aórtica Fig 410 Se a valva aórtica estiver estenosada estreitada o tamanho da abertura através da qual o sangue pode ser ejetado pelo ventrículo esquerdo para a aorta é reduzido Assim o volume sistólico é reduzido e menos sangue entra na aorta a cada batimento A pressão sistólica a pressão de pulso e a pressão média serão reduzidas Regurgitação aórtica não mostrada Quando a valva aórtica é incompetente p ex devido à anomalia congênita o fluxo sanguíneo normal em uma só via a partir do ventrículo esquerdo para a aorta é interrompido Em vez disso o sangue que foi ejetado para a aorta flui para trás em direção ao ventrículo Esse fluxo retrógrado pode ocorrer porque o ventrículo está relaxado está sob baixa pressão e porque a valva aórtica incompetente não pode impedilo como faz normalmente Pressões Venosas na Circulação Sistêmica 236 Quando o sangue atinge as vênulas e veias a pressão é inferior a 10 mmHg a pressão irá diminuir ainda mais na veia cava e no átrio direito A razão para continuar a redução da pressão agora é familiar a resistência oferecida pelos vasos sanguíneos a cada nível da vasculatura sistêmica provoca queda da pressão A Tabela 41 e a Figura 48 mostram os valores médios da pressão venosa na circulação sistêmica Pressões na Circulação Pulmonar A Tabela 41 também compara as pressões na circulação pulmonar com as pressões na circulação sistêmica Como mostra a tabela toda a vasculatura pulmonar está sob pressão muito inferior à da vasculatura sistêmica Contudo o padrão das pressões dentro da circulação pulmonar é análogo à circulação sistêmica O sangue é ejetado do ventrículo direito para a artéria pulmonar onde a pressão é maior Posteriormente a pressão diminui à medida que o sangue flui pelas artérias pulmonares arteríolas capilares vênulas e veias e volta para o átrio esquerdo Implicação importante dessas pressões mais baixas do lado pulmonar é que a resistência vascular pulmonar é muito menor que a resistência vascular sistêmica Podese chegar a essa conclusão lembrando que o fluxo total pelas circulações sistêmica e pulmonar tem de ser igual ie o débito cardíaco dos corações esquerdo e direito é igual Pelo fato de as pressões no lado pulmonar serem muito menores do que as pressões no lado sistêmico para produzir o mesmo fluxo a resistência pulmonar deve ser inferior à resistência sistêmica Q ΔPR A circulação pulmonar é discutida de maneira mais detalhada no Capítulo 5 Eletrofisiologia cardíaca A eletrofisiologia cardíaca inclui todos os processos envolvidos na ativação elétrica do coração os potenciais de ação cardíacos a condução dos potenciais de ação ao longo dos tecidos especializados de condução a excitabilidade e os períodos refratários os efeitos de modulação do sistema nervoso autônomo na frequência cardíaca velocidade de condução e excitabilidade e o eletrocardiograma ECG Em última análise a função do coração é bombear o sangue através da vasculatura Para servir como uma bomba os ventrículos devem ser eletricamente ativados e em seguida contrair No músculo cardíaco a ativação elétrica é o potencial de ação cardíaco que normalmente é originado no nodo sinoatrial SA Os potenciais de ação iniciados no nodo SA são então conduzidos para todo o miocárdio em uma sequência específica e cronometrada Em seguida há contração também em uma sequência específica A sequência é especialmente crítica porque os átrios devem ser ativados e contrair antes dos ventrículos e os ventrículos devem contrair do ápice até a base para uma ejeção eficiente do sangue Potenciais de Ação Cardíacos Origem e Propagação da Excitação no Coração 237 O coração é composto por dois tipos de células musculares células contráteis e células de condução As células contráteis constituem a maioria dos tecidos atriais e ventriculares e são as células de trabalho do coração Potenciais de ação nas células contráteis levam à contração e geração de força ou pressão As células de condução compõem os tecidos do nodo SA os tratos internodais atriais o nodo AV o fascículo atrioventricular e os ramos subendocárdicos As células de condução são células musculares especializadas que não contribuem de maneira significativa para a geração de força em vez disso elas funcionam para propagar rapidamente os potenciais de ação sobre todo o miocárdio Outra característica dos tecidos especializados de condução é a sua capacidade espontânea de gerar potenciais de ação Exceto para o nodo SA no entanto essa capacidade normalmente é suprimida A Figura 411 é um desenho esquemático que mostra as relações entre o nodo SA átrios ventrículos e tecidos de condução especializados O potencial de ação se dispersa por todo o miocárdio na seguinte sequência FIGURA 411 Diagrama esquemático mostrando a sequência da ativação do miocárdio O potencial de ação cardíaco é iniciado no nodo sinoatrial e se propaga por todo o miocárdio como mostrado pelas setas 1 Nodo SA Normalmente o potencial de ação do coração é iniciado no tecido especializado do nodo SA que serve como marcapasso Após o potencial de ação ser iniciado no nodo SA ocorre sequência temporal muito específica para a condução dos potenciais de ação para o restante do coração 238 2 Tratos internodais atriais e átrios O potencial de ação se propaga a partir do nodo SA para os átrios direito e esquerdo por meio dos tratos internodais atriais Simultaneamente o potencial de ação é conduzido para o nodo AV 3 Nodo AV A velocidade de condução pelo nodo AV é consideravelmente mais lenta do que nos outros tecidos cardíacos A condução lenta pelo nodo AV assegura tempo suficiente para que os ventrículos se encham de sangue antes de serem ativados e contraírem Os aumentos da velocidade de condução do nodo AV podem levar à diminuição do enchimento ventricular e redução do volume sistólico e débito cardíaco 4 Fascículo atrioventricular ramos subendocárdicos e ventrículos A partir do nodo AV o potencial de ação entra no sistema de condução especializado dos ventrículos O potencial de ação é primeiramente conduzido para o fascículo atrioventricular por meio de feixe comum Em seguida ele invade os ramos direito e esquerdo do feixe e depois os ramos menores dos ramos subendocárdicos A condução pelo fascículo atrioventricular e ramos subendocárdicos é extremamente veloz e rapidamente distribui o potencial de ação para os ventrículos O potencial de ação também se estende de uma célula muscular do ventrículo para a próxima por vias de baixa resistência entre as células A condução rápida do potencial de ação ao longo dos ventrículos é essencial e possibilita contração e ejeção eficientes do sangue O termo ritmo sinusal normal tem significado muito específico Significa que o padrão e o momento da ativação elétrica do coração são normais Para se qualificar o ritmo sinusal como normal os três critérios a seguir devem ser atendidos 1 O potencial de ação tem de se originar no nodo SA 2 Os impulsos nodais SA devem ocorrer regularmente na frequência de 60 a 100 impulsos por minuto 3 A ativação do miocárdio deve ocorrer na sequência correta e com o momento e atrasos corretos Conceitos Associados aos Potenciais de Ação Cardíacos Os conceitos aplicados aos potenciais de ação cardíacos são os mesmos conceitos que são aplicados aos potenciais de ação no nervo músculo esquelético e músculo liso A seção a seguir é resumo desses princípios discutidos no Capítulo 1 1 O potencial de membrana das células cardíacas é determinado pelas condutâncias relativas ou permeabilidades a íons e pelos gradientes de concentração para os íons permeantes 2 Se a membrana da célula tiver alta condutância ou permeabilidade a um íon esse íon irá fluir ao longo de seu gradiente eletroquímico e tentar levar o potencial de membrana em direção ao seu potencial de equilíbrio calculado pela equação de Nernst Se a membrana celular for impermeável a um íon esse íon terá contribuição pequena ou nula para o potencial de membrana 3 Por convenção o potencial de membrana é expresso em milivolts mV e o potencial intracelular é expresso com relação ao potencial extracelular por exemplo o potencial de membrana de 85 mV significa 85 mV interior celular negativo 4 O potencial da membrana em repouso das células cardíacas é determinado 239 principalmente por íons potássio K A condutância ao K em repouso é alta e o potencial de membrana em repouso fica próximo do potencial de equilíbrio do K Como a condutância ao sódio Na em repouso é baixa o Na contribui muito pouco para o potencial de membrana de repouso 5 O papel da NaK ATPase é principalmente o de manter os gradientes de concentração de Na e K através da membrana celular embora tenha pequena contribuição eletrogênica direta para o potencial de membrana 6 Alterações no potencial de membrana são causadas pelo fluxo de íons para dentro ou para fora da célula Para que ocorra o fluxo de íons a membrana da célula deve ser permeável ao íon Despolarização significa que o potencial de membrana ficou menos negativo A despolarização ocorre quando acontece movimento efetivo de cargas positivas para dentro da célula que é chamado de corrente de influxo Hiperpolarização significa que o potencial de membrana ficou mais negativo e ocorre quando há movimento efetivo de carga positiva para fora da célula que é chamado de corrente de efluxo 7 Dois mecanismos básicos podem produzir alteração no potencial de membrana Em um mecanismo ocorre alteração do gradiente eletroquímico para um íon permeante o que altera o potencial de equilíbrio para esse íon O íon permeante então irá fluir para dentro ou para fora da célula na tentativa de restabelecer o seu equilíbrio eletroquímico e esse fluxo de corrente irá alterar o potencial de membrana Por exemplo considere o efeito da diminuição da concentração de K extracelular sobre o potencial de membrana de repouso da célula miocárdica O potencial de equilíbrio do K calculado pela equação de Nernst vai ficar mais negativo Íons de K vão então fluir para fora da célula e ao longo do gradiente eletroquímico agora maior conduzindo o potencial da membrana de repouso em direção ao novo potencial de equilíbrio de K mais negativo No outro mecanismo ocorre variação da condutância ao íon Por exemplo a permeabilidade de repouso das células ventriculares ao Na é bastante baixa e Na contribui minimamente para o potencial de membrana em repouso Contudo durante a fase ascendente do potencial de ação ventricular a condutância ao Na aumenta drasticamente o Na flui para dentro da célula na direção de seu gradiente eletroquímico e o potencial de membrana é rapidamente conduzido ao potencial de equilíbrio de Na ie é despolarizado 8 Potencial limiar é a diferença de potencial em que existe uma corrente de influxo efetiva ie a corrente de influxo fica maior que a corrente de efluxo No potencial limiar a despolarização fica autossustentada e dá origem à fase ascendente do potencial de ação Potenciais de Ação dos Ventrículos Átrios e Ramos Subendocárdicos A base iônica para os potenciais de ação nos ventrículos átrios e ramos subendocárdicos é idêntica O potencial de ação nesses tecidos compartilha as seguintes características Tabela 42 240 Tabela 42 Comparação entre os Potenciais de Ação nos Tecidos Cardíacos Tecido Cardíaco Duração do Potencial de Ação ms Deflexão Ascendente Platô Despolarização da Fase 4 Nodo sinoatrial 150 Corrente de influxo de Ca2 Canais de Ca2 Nenhum Corrente de influxo de Na If Marcapasso normal Átrio 150 Corrente de influxo de Na Corrente de influxo de Ca2 corrente de influxo lenta Canais de Ca2 do tipo L Nenhuma Ventrículo 250 Corrente de influxo de Na Corrente de influxo de Ca2 corrente de influxo lenta Canais de Ca2 do tipo L Nenhuma Ramos Subendocárdicos 300 Corrente de influxo de Na Corrente lenta de Ca2 corrente de influxo lenta Canais de Ca2 do tipo L Marcapasso latente Longa duração Em cada um desses tecidos o potencial de ação tem longa duração A duração do potencial varia de 150 ms nos átrios a 250 ms nos ventrículos a 300 ms em fibras de Purkinje dos ramos subendocárdicos Esses tempos podem ser comparados à duração breve do potencial de ação no nervo e no músculo esquelético 1 a 2 ms Lembrese de que a duração do potencial de ação determina também a duração dos períodos refratários Quanto mais longo o potencial de ação for mais tempo a célula será refratária ao desencadeamento de outro potencial de ação Assim células atriais ventriculares e dos ramos subendocárdicos têm longos períodos refratários se comparadas a outros tecidos excitáveis Potencial de membrana estável de repouso As células dos átrios dos ventrículos e dos ramos subendocárdicos apresentam potencial de membrana de repouso estável ou constante Fibras nodais AV e dos ramos subendocárdicos podem desenvolver potenciais de membrana de repouso instáveis e sob condições especiais podem tornarse o marcapasso do coração como discutido na seção sobre marcapassos latentes Platô O potencial de ação nas células dos átrios dos ventrículos e dos ramos subendocárdicos é caracterizado por um platô O platô é um período prolongado de despolarização responsável pela longa duração do potencial de ação e consequentemente pelos longos períodos refratários A Figura 412A e B ilustra o potencial de ação em fibra muscular ventricular e em fibra muscular atrial O potencial de ação em fibra de Purkinje dos ramos 241 subendocárdicos não mostrado seria semelhante ao da fibra ventricular mas sua duração seria pouco mais longa As fases do potencial de ação são descritas em seguida e correspondem às fases numeradas mostradas na Figura 412A e B O potencial de ação ventricular também foi redesenhado na Figura 413 para mostrar as correntes iônicas responsáveis por cada fase Algumas dessas informações também estão resumidas na Tabela 42 FIGURA 412 Potenciais de ação cardíacos no ventrículo no átrio e no nodo sinoatrial AC Os números correspondem às fases do potencial de ação 242 FIGURA 413 Correntes responsáveis pelo potencial de ação ventricular O comprimento das setas mostra a amplitude relativa de cada corrente iônica E Potencial de equilíbrio LEC líquido extracelular LIC líquido intracelular 1 Fase 0 fase ascendente Nas fibras ventriculares atriais e de Purkinje ramos subendocárdicos o potencial de ação começa com fase de despolarização rápida a chamada deflexão ascendente Como no nervo e músculo esquelético essa deflexão ascendente é causada por aumento transitório da condutância ao Na gNa produzido pela abertura induzida pela despolarização das comportas de ativação dos canais de Na Quando gNa aumenta ocorre a corrente de influxo de Na entrada de Na na célula ou INa que impulsiona o potencial de membrana em direção ao potencial de equilíbrio do Na de aproximadamente 65 mV O potencial de membrana não atinge o potencial de equilíbrio do Na porque como no nervo as comportas de inativação nos canais de Na se fecham em resposta à despolarização embora mais lentamente do que as comportas de ativação se abrem Assim os canais de Na se abrem brevemente e depois se fecham No pico da deflexão ascendente o potencial de membrana é despolarizado até o valor de cerca de 20 mV A velocidade do aumento da deflexão ascendente é designada como dVdT dVdT é a velocidade de variação do potencial de membrana como função do tempo e suas 243 unidades são volts por segundo Vs dVdT varia dependendo do valor do potencial da membrana de repouso Essa dependência é chamada de relação de reatividade Assim dVdT é maior a velocidade de aumento da deflexão ascendente é mais rápida quando o potencial da membrana de repouso é mais negativo ou hiperpolarizado p ex 90 mV e dVdT é mais baixa a velocidade de aumento da deflexão ascendente é mais lenta quando o potencial da membrana de repouso é menos negativo ou despolarizado p ex 60 mV Essa correlação se baseia na relação entre o potencial de membrana e a posição das comportas de inativação do canal de Na Cap 1 Quando o potencial da membrana de repouso está relativamente hiperpolarizado p ex 90 mV as comportas de inativação dependentes da voltagem estão abertas e muitos canais de Na estão disponíveis para a deflexão ascendente Quando o potencial da membrana de repouso é relativamente despolarizado p ex 60 mV as comportas de inativação de canais de Na tendem a estar fechadas e menos canais de Na estarão disponíveis para abrir durante a deflexão ascendente dVdT também se correlaciona com a amplitude da corrente de influxo ie nas fibras ventriculares atriais e dos ramos subendocárdicos a intensidade da corrente de influxo de Na 2 Fase 1 repolarização inicial Fase 1 nas fibras ventriculares atriais e de Purkinje é um breve período de repolarização que ocorre imediatamente após a deflexão ascendente Lembrese de que para ocorrer repolarização deve existir corrente de efluxo Existem duas explicações para a ocorrência da corrente de efluxo durante a fase 1 Primeira as comportas de inativação dos canais de Na fecham em resposta à despolarização Quando essas comportas se fecham gNa diminui e a corrente de influxo de Na que provocou a deflexão ascendente cessa Segunda existe corrente de efluxo de K causada pela grande força motriz sobre os íons K No pico da deflexão ascendente tanto as forças motrizes químicas como elétricas favorecem o movimento de K para fora da célula a concentração intracelular de K é superior à concentração extracelular de K e o interior da célula é eletricamente positivo Pelo fato da condutância do K gK ser elevada K sai da célula ao longo desse íngreme gradiente eletroquímico 3 Fase 2 platô Durante o platô ocorre longo período 150 a 200 ms de potencial de membrana despolarizado relativamente estável particularmente nas fibras ventriculares e de Purkinje Nas fibras atriais o platô é mais curto do que nas fibras ventriculares Lembrese de que para o potencial de membrana ser estável as correntes de influxo e de efluxo devem ser iguais de maneira que não ocorra fluxo efetivo de corrente através da membrana Como esse equilíbrio de correntes de influxo e de efluxo é atingido durante o platô Ocorre aumento da condutância ao Ca2 gCa que resulta em corrente de influxo de Ca2 A corrente de influxo do Ca2 também é chamada corrente lenta de influxo refletindo a cinética mais lenta desses canais em comparação com os rápidos canais de Na rápidos da deflexão ascendente Os canais de Ca2 que se abrem durante o platô são canais tipo L e são inibidos pelos bloqueadores do canal de Ca2 nifedipina diltiazem e verapamil Para contrabalancear a corrente de influxo de Ca2 ocorre a corrente de efluxo de K impulsionada pela força motriz eletroquímica sobre os 244 íons K como descrito para a fase 1 Assim durante o platô a corrente de influxo de Ca2 é contrabalançada pela corrente de efluxo de K e a corrente efetiva é zero e o potencial de membrana permanece em um valor despolarizado estável Veja a Figura 413 onde durante a fase 2 a corrente de influxo do Ca2 é mostrada como igual em amplitude à corrente de efluxo de K A importância da corrente de influxo de Ca2 se estende além do seu efeito sobre o potencial de membrana Essa entrada de Ca2 durante o platô do potencial de ação inicia a liberação de mais Ca2 a partir de estoques intracelulares para o acoplamento excitaçãocontração Esse processo da chamada liberação de Ca2 induzida por Ca2 é discutido na seção sobre a contração do músculo cardíaco 4 Fase 3 repolarização A repolarização começa gradualmente ao final da fase 2 e depois ocorre repolarização rápida para o potencial de membrana em repouso durante a fase 3 Lembrese de que a repolarização é produzida quando as correntes de efluxo são maiores que as correntes de influxo Durante a fase 3 a repolarização resulta da combinação de redução na gCa antes aumentada durante o platô e de aumento na gK para níveis ainda mais elevados do que em repouso A redução da gCa resulta em diminuição da corrente de influxo do Ca2 e o aumento de gK resulta em aumento na corrente de efluxo do K IK e o K se move ao longo de íngreme gradiente eletroquímico como descrito para a fase 1 No final da fase 3 a corrente de efluxo do K é reduzida porque a repolarização traz o potencial de membrana para mais perto do potencial de equilíbrio de K diminuindo assim a força motriz sobre K 5 Fase 4 potencial de membrana em repouso ou diástole elétrica O potencial de membrana se repolariza totalmente durante a fase 3 e volta ao nível de repouso de cerca de 85 mV Durante a fase 4 o potencial de membrana fica de novo estável e as correntes de influxo e de efluxo são iguais O potencial da membrana em repouso se aproxima do potencial de equilíbrio de K mas não o atinge por completo refletindo a alta condutância de repouso para o K Os canais de K e a corrente resultante de K responsáveis pela fase 4 são diferentes dos responsáveis pela repolarização na fase 3 Na fase 4 a condutância ao K é chamada gK1 e a corrente de K é chamada portanto IK1 O potencial de membrana estável na fase 4 significa que as correntes de influxo e de efluxo são iguais A alta condutância ao K produz a corrente de efluxo de K IK1 que já foi descrita A corrente de influxo que contrabalança esta corrente de efluxo é transportada por Na e Ca2 Fig 413 embora as condutâncias ao Na e ao Ca2 sejam baixas em repouso Pode surgir a seguinte pergunta Como a soma das correntes de influxo do Na e do Ca2 pode ter a mesma amplitude da corrente de efluxo do K dado que gNa e gCa são baixas e gK1 é alta A resposta reside no fato de que para cada íon corrente condutância força motriz Embora gK1 seja muito alta a força motriz para o K é baixa porque o potencial da membrana em repouso fica perto do potencial de equilíbrio de K assim a corrente de efluxo do K é relativamente pequena Por outro lado gNa e gCa são ambas baixas mas as forças motrizes do Na e Ca2 são elevadas porque o potencial de membrana em repouso está muito longe 245 dos potenciais de equilíbrio do Na e Ca2 assim a soma das correntes de influxo transportadas pelo Na e Ca2 é igual à corrente de efluxo transportada pelo K Potenciais de Ação no Nodo Sinoatrial O nodo SA é o marcapasso normal do coração A configuração e a base iônica para seu potencial de ação diferem em vários aspectos importantes daqueles nas fibras atriais ventriculares e dos ramos subendocárdicos Fig 412C As seguintes características do potencial de ação do nodo SA diferem das encontradas das fibras atriais ventriculares e dos ramos subendocárdicos 1 O nodo SA apresenta automaticidade ou seja pode gerar espontaneamente potenciais de ação sem estímulo neural 2 Tem potencial de membrana em repouso instável em contraste direto com células nas fibras atriais ventriculares e de Purkinje 3 Não tem qualquer platô sustentado As fases do potencial de ação do nodo SA são descritas aqui e correspondem às fases numeradas mostradas na Figura 412C 1 Fase 0 fase ascendente Fase 0 como nas outras células cardíacas é a deflexão ascendente do potencial de ação Observe que a deflexão ascendente não é rápida ou tão acentuada como nos outros tipos de tecidos cardíacos A base iônica para a deflexão ascendente no nodo SA também é diferente Nas outras células do miocárdio a deflexão ascendente resulta de um aumento da gNa e da corrente de influxo de Na Nas células do nodo SA a deflexão ascendente resulta de um aumento na gCa e da corrente de influxo de Ca2 transportado principalmente por canais de Ca2 do tipo L Há também os canais de Ca2 do tipo T no nodo SA que são em parte responsáveis pela despolarização devida à entrada de Ca2 2 Fases 1 e 2 estão ausentes 3 Fase 3 repolarização Como nos outros tecidos do miocárdio a repolarização no nodo SA é causada por aumento da gK Pelo fato de as forças motrizes eletroquímicas em K serem grandes tanto as forças motrizes químicas como as elétricas favorecem a saída de K da célula ocorre a corrente de efluxo de K que repolariza o potencial de membrana 4 Fase 4 despolarização espontânea ou potencial do marcapasso A fase 4 é a parte mais longa do potencial de ação do nodo SA Essa fase é responsável pela automaticidade das células do nodo SA a capacidade de gerar espontaneamente potenciais de ação sem impulso neural Durante a fase 4 o valor mais negativo do potencial de membrana chamado potencial diastólico máximo é de cerca de 65 mV mas o potencial de membrana não permanece nesse valor Pelo contrário ocorre lenta despolarização produzida pela abertura dos canais de Na e por uma corrente de influxo de Na chamada If O f que significa estranha do inglês funny denota que essa corrente de Na difere da rápida corrente de Na responsável pela deflexão ascendente nas células ventriculares If é ativada pela repolarização e não pela despolarização o que explica a frase corrente estranha do potencial de ação anterior garantindo assim que cada potencial de ação no nodo SA será seguido por outro potencial de ação Quando If e a despolarização lenta levam o potencial de membrana ao limiar os canais de Ca2 do tipo T são abertos para a fase ascendente 246 A velocidade da despolarização da fase 4 define a frequência cardíaca Se a velocidade de despolarização da fase 4 aumentar o limiar é atingido mais rapidamente o nodo SA irá disparar mais potenciais de ação por unidade de tempo e a frequência cardíaca irá aumentar Em contrapartida se a velocidade de despolarização da fase 4 diminuir o limiar é atingido mais lentamente o nodo SA irá disparar menos potenciais de ação por unidade de tempo e a frequência cardíaca diminuirá Os efeitos do sistema nervoso autônomo sobre a frequência cardíaca são baseados nessas mudanças na velocidade de despolarização da fase 4 e serão discutidos adiante no capítulo MarcaPassos Latentes As células do nodo SA não são as únicas células do miocárdio com automaticidade intrínseca outras células chamadas de marcapassos latentes também têm a capacidade de despolarização espontânea da fase 4 Os marcapassos latentes incluem as células do nodo AV do fascículo atrioventricular e os ramos subendocárdicos fibras de Purkinje Embora cada uma dessas células tenha potencial para a automaticidade ele normalmente não é expresso A regra é que o marcapasso com a velocidade mais rápida de despolarização da fase 4 controle a frequência cardíaca Normalmente o nodo SA tem a velocidade mais rápida de despolarização da fase 4 e portanto ele define a frequência cardíaca Tabela 43 Lembrese também que de todas as células do miocárdio as células do nodo SA têm a duração mais curta do potencial de ação ie os períodos refratários mais curtos Portanto as células do nodo SA recuperamse mais rapidamente e estão prontas para disparar outro potencial de ação antes que os outros tipos de células estejam prontos Tabela 43 Frequência de Disparo de Nodo Sinoatrial e dos MarcaPassos Latentes no Coração Localização Frequência Intrínseca de Disparo impulsosmin Nodo sinoatrial 7080 Nodo atrioventricular 4060 Fascículo atrioventricular 40 Ramos subendocárdicos 1520 Quando o nodo SA conduz a frequência cardíaca os marcapassos latentes são suprimidos um fenômeno chamado de supressão por estimulação overdrive suppression que é explicado da seguinte maneira o nodo SA tem a mais rápida frequência de disparo de todos os potenciais marcapassos e os impulsos se propagam a partir do nodo SA para os outros tecidos do miocárdio na sequência ilustrada na Figura 411 Embora alguns desses tecidos sejam marcapassos potenciais por si mesmos nodo AV fascículo atrioventricular ramos subendocárdicos como a sua frequência de disparo é a produzida pelo nodo SA sua própria capacidade de se 247 despolarizar espontaneamente é suprimida Os marcapassos latentes têm a oportunidade de produzir o ritmo cardíaco somente se o nodo SA for suprimido ou se a frequência de disparo intrínseca do marcapasso latente ficar mais rápida do que a do nodo SA Como a frequência intrínseca dos marcapassos latentes é mais lenta do que a do nodo SA o coração irá bater em frequência mais lenta se for controlado por marcapasso latente Tabela 43 De acordo com as seguintes condições um marcapasso latente assume e passa a ser o marcapasso do coração quando é chamado marcapasso ectópico ou foco ectópico 1 Se a frequência de disparo do nodo SA diminuir p ex devido à estimulação vagal ou parar completamente p ex porque o nodo SA é destruído removido ou suprimido por fármacos então um dos locais latentes irá assumir o papel do marcapasso no coração 2 Ou se a frequência intrínseca de disparo de um dos marcapassos latentes passar a ser mais rápida do que a do nodo SA então ele assumirá o papel do marca passo 3 Ou se a condução dos potenciais de ação a partir do nodo SA para o restante do coração for bloqueada devido à doença nas vias de condução então marcapasso latente pode surgir além do nodo SA Velocidade de Condução Condução do Potencial de Ação Cardíaco No coração a velocidade de condução tem o mesmo significado que tem nas fibras nervosas e do músculo esquelético é a velocidade na qual os potenciais de ação são propagados no tecido As unidades de velocidade de condução são metros por segundo ms A velocidade de condução não é a mesma em todos os tecidos do miocárdio é mais lenta no nodo AV 001 a 005 ms e mais rápida nos ramos subendocárdicos 2 a 4 ms conforme mostrado na Figura 414 248 FIGURA 414 Sequência da ativação do miocárdio Os números sobrepostos no miocárdio indicam o tempo cumulativo em ms a partir do início do potencial de ação no nodo sinoatrial A velocidade de condução determina quanto tempo demora para o potencial de ação se propagar para vários locais no miocárdio Esses tempos em milissegundos são sobrepostos ao diagrama na Figura 414 O potencial de ação se origina no nodo SA que é chamado tempo zero Em seguida leva um total de 220 ms para que o potencial de ação se propague pelos átrios nodo AV o fascículo atrioventricular e ramos subendocárdicos até os pontos mais distantes nos ventrículos A condução pelo nodo AV chamado intervalo AV exige quase a metade do tempo de condução total pelo miocárdio A razão para o intervalo AV é que de todos os tecidos do miocárdio a velocidade de condução no nodo AV é mais lenta 001 a 005 ms tornando o tempo de condução mais longo 100 ms Diferenças da velocidade de condução entre os tecidos cardíacos têm implicações para as suas funções fisiológicas Por exemplo a velocidade de condução lenta do nodo AV garante que os ventrículos não sejam ativados muito cedo ie antes que eles tenham tempo de se encher de sangue a partir dos átrios Por outro lado a velocidade de condução rápida dos ramos subendocárdicos garante que os ventrículos possam ser ativados rapidamente e em sequência uniforme para a ejeção eficiente do sangue Mecanismo de Propagação do Potencial de Ação Cardíaco Assim como nas fibras nervosas e do músculo esquelético a base fisiológica para a condução dos potenciais de ação cardíacos é a dispersão de correntes locais Cap 1 Os potenciais de ação em um local geram correntes locais em locais adjacentes os locais adjacentes são despolarizados até o limiar como resultado desse fluxo de 249 corrente local e dos próprios potenciais de ação Esse fluxo de corrente local é resultado da corrente de influxo da fase ascendente do potencial de ação Lembrese de que nas fibras atriais ventriculares e dos ramos subendocárdicos essa corrente de influxo da fase ascendente é transportada pelo Na e no nodo SA a corrente de influxo da fase ascendente é transportada pelo Ca2 A velocidade de condução depende da amplitude da corrente de influxo durante a deflexão ascendente do potencial de ação Quanto maior a corrente de influxo mais rapidamente as correntes locais irão se espalhar para áreas adjacentes e despolarizá las até o limiar A velocidade de condução também está correlacionada à dVdT a velocidade de elevação da despolarização rápida do potencial de ação porque dVdT também se correlaciona com a amplitude da corrente de influxo como já discutido A propagação do potencial de ação depende não apenas da corrente de influxo da deflexão ascendente para estabelecer correntes locais mas também das propriedades do cabo das fibras do miocárdio Lembrese de que essas propriedades do cabo são determinadas pela resistência da membrana celular Rm e resistência interna Ri Por exemplo no tecido do miocárdio Ri é particularmente baixa devido às conexões entre as células chamadas junções comunicantes Assim o tecido do miocárdio é especialmente adequado para condução rápida A velocidade de condução não depende da duração do potencial de ação ponto que pode ser confuso Lembrese no entanto de que a duração do potencial de ação é simplesmente o tempo que determinado local leva da despolarização até a completa repolarização p ex duração do potencial de ação em célula ventricular é de 250 ms A duração do potencial de ação não tem influência sobre o tempo que leva para o potencial de ação se disseminar para áreas circunvizinhas Excitabilidade e Períodos Refratários Excitabilidade é a capacidade das células miocárdicas de gerar potenciais de ação em resposta à corrente de influxo de despolarização Estritamente falando excitabilidade é a quantidade de corrente de influxo necessária para levar a célula do miocárdio até o potencial limiar A excitabilidade da célula do miocárdio varia ao longo do potencial de ação e essas mudanças na excitabilidade são refletidas nos períodos refratários A base fisiológica para os períodos refratários nas células do miocárdio é semelhante à das células nervosas Lembrese do Capítulo 1 que comportas de ativação nos canais de Na se abrem quando o potencial de membrana é despolarizado até o limiar possibilitando o rápido influxo de Na para a célula o que causa maior despolarização em direção ao potencial de equilíbrio do Na Essa despolarização rápida é a deflexão ascendente do potencial de ação No entanto as comportas de inativação nos canais de Na também fecham com a despolarização embora mais lentamente do que as comportas de ativação abrem Assim durante as fases do potencial de ação quando o potencial de membrana é despolarizado parte dos canais de Na será fechada porque as comportas de inativação estão fechadas Quando os canais de Na são fechados a corrente de influxo de despolarização não consegue fluir por eles e não pode ocorrer a deflexão ascendente Sem a deflexão ascendente não 250 pode ocorrer um potencial de ação normal e a célula fica refratária Depois que ocorre a repolarização as comportas de inativação nos canais de Na são abertos e a célula é novamente excitável A Figura 415 é um diagrama familiar que mostra um potencial de ação no músculo ventricular com períodos refratários agora sobrepostos sobre ele Os seguintes períodos refratários refletem as diferenças de excitabilidade ao longo da duração do potencial de ação FIGURA 415 Períodos refratários do potencial de ação ventricular O período refratário efetivo PRE inclui o período refratário absoluto PRA e a primeira metade do período refratário relativo PRR O PRR começa quando o período refratário absoluto acaba e inclui a última parte do período refratário efetivo O período supranormal PSN começa quando o período refratário relativo termina Período refratário absoluto Durante a maior parte do tempo da duração do potencial de ação a célula ventricular é completamente refratária para disparar outro potencial de ação Independentemente do tamanho do estímulo ie corrente de influxo que poderia ser aplicado a célula é incapaz de gerar um segundo potencial de ação durante o período refratário absoluto PRA porque a maior parte dos canais de Na está fechada O período refratário absoluto inclui a deflexão ascendente todo o platô e parte da repolarização Esse período termina quando a célula já se repolarizou a aproximadamente 50 mV Período refratário efetivo O período refratário efetivo PRE inclui o período refratário absoluto e é ligeiramente mais longo que ele Ao final do período refratário efetivo os canais de Na começam a se recuperar ie ficaram disponíveis para transportar a corrente de influxo A distinção entre os períodos refratários 251 absoluto e efetivo é que absoluto significa absolutamente nenhum estímulo é suficientemente grande para gerar outro potencial de ação efetivo significa que um potencial de ação conduzido não pode ser gerado ie não existe corrente de influxo suficiente para conduzir para o próximo local Período refratário relativo O período refratário relativo PRR começa ao fim do período refratário absoluto e continua até que a membrana celular se repolarize totalmente Durante o período refratário relativo ainda mais canais de Na se recuperaram e é possível gerar segundo potencial embora seja necessário estímulo maior que o normal Se um segundo potencial de ação é gerado durante o período refratário relativo terá fase de platô encurtada Período supranormal O período supranormal PSN ocorre após o período refratário relativo Ele começa quando o potencial de membrana é de 70 mV e continua até que a membrana fique totalmente repolarizada de volta a 85 mV Como o nome sugere a célula é mais excitável que o normal durante esse período Em outras palavras há necessidade de menos corrente de influxo para despolarizar a célula até o potencial limiar A explicação fisiológica para esse aumento da excitabilidade é que os canais de Na são recuperados ie as comportas de inativação estão abertas e pelo fato do potencial de membrana estar mais perto do limiar do que quando em repouso fica mais fácil gerar um potencial de ação do que quando a membrana celular está no potencial da membrana em repouso Efeitos Autonômicos no Coração e Vasos Sanguíneos A Tabela 44 resume os efeitos do sistema nervoso autônomo sobre o coração e os vasos sanguíneos Por comodidade os efeitos autonômicos sobre a frequência cardíaca velocidade de condução contratilidade do miocárdio e músculo liso vascular são combinados em uma tabela Os efeitos sobre a eletrofisiologia cardíaca ie frequência cardíaca e velocidade de condução são discutidos nesta seção e os outros efeitos autonômicos são discutidos em seções posteriores 252 Tabela 44 Efeitos do Sistema Nervoso Autônomo sobre o Coração e os Vasos Sanguíneos Simpático Parassimpático Ação Receptor Mecanismo Ação Receptor Mecanismo Frequência cardíaca β1 If M2 If IKAch ICa Velocidade de condução β1 ICa M2 ICa IKAch Contratilidade β1 ICa átrios apenas M2 ICa Fosforilação do fosfolambano IKAch Músculo liso vascular cutâneo renal e esplâncnico Constrição α1 Dilatação libera EDRF M3 Músculo liso vascular músculo esquelético DilataçãoConstrição β2 α1 Dilatação libera EDRF M3 AV Atrioventricular EDRF fator relaxante derivado do endotélio M muscarínico Efeitos Autonômicos sobre a Frequência Cardíaca Os efeitos do sistema nervoso autônomo sobre a frequência cardíaca são chamados efeitos cronotrópicos Os efeitos dos sistemas nervosos simpático e parassimpático sobre a frequência cardíaca estão resumidos na Tabela 44 e ilustrados na Figura 416 Resumidamente a estimulação simpática aumenta a frequência cardíaca e a estimulação parassimpática a diminui 253 FIGURA 416 Efeito da estimulação simpática e parassimpática no potencial de ação do nodo SA A É mostrado padrão de disparo normal do nodo SA B Estimulação simpática aumenta a velocidade da despolarização da fase 4 e aumenta a frequência dos potenciais de ação C Estimulação parassimpática reduz a velocidade da despolarização da fase 4 e hiperpolariza o potencial diastólico máximo para reduzir a frequência dos potenciais de ação A Figura 416A mostra o padrão de ativação normal do nodo SA Lembrese de que a despolarização da fase 4 é produzida pela abertura de canais de Na o que leva à lenta despolarização a corrente de influxo de Na chamada If Quando o potencial de membrana é despolarizado até o potencial limiar um potencial de ação é iniciado Efeitos cronotrópicos positivos são aumentos da frequência cardíaca O exemplo mais importante é o de estimulação do sistema nervoso simpático como ilustrado 254 na Figura 416B A norepinefrina liberada pelas fibras nervosas simpáticas ativa receptores β1 no nodo SA Esses receptores β1 são acoplados à adenilil ciclase por meio de proteína Gs veja também Capítulo 2 A ativação dos receptores β1 no nodo SA produz aumento de If que aumenta a velocidade de despolarização da fase 4 Além disso há um aumento na ICa o que significa que existem mais canais funcionais de Ca2 e assim é necessário menos despolarização para alcançar o limiar ou seja o potencial limiar é menor O aumento da velocidade de despolarização da fase 4 e a diminuição do potencial limiar significa que o nodo SA é despolarizado até o potencial limiar com maior frequência e como consequência dispara mais potenciais de ação por unidade de tempo ie aumento da frequência cardíaca Efeitos cronotrópicos negativos são reduções da frequência cardíaca O exemplo mais importante é o da estimulação do sistema nervoso parassimpático ilustrado na Figura 416C A acetilcolina ACh liberada pelas fibras nervosas parassimpáticas ativa os receptores muscarínicos M2 no nodo SA A ativação dos receptores muscarínicos no nodo SA tem dois efeitos que se combinam para produzir a diminuição da frequência cardíaca Primeiro esses receptores muscarínicos são acoplados a um tipo de proteína Gi chamada GK que inibe a adenilil ciclase e produz redução de If A redução de If reduz a velocidade da despolarização da fase 4 Segundo a GK aumenta diretamente a condutância do canal de K chamado KACh e aumenta a corrente de efluxo de K semelhante à IK1 chamada IKACh O aumento dessa corrente de efluxo do K hiperpolariza o potencial diastólico máximo de maneira que as células do nodo SA ficam mais longe do potencial limiar Além disso há uma diminuição na ICa o que significa que existem menos canais funcionais de Ca2 e portanto é necessário haver mais despolarização para alcançar o limiar ou seja o limiar de potencial aumenta Em suma o sistema nervoso parassimpático diminui a frequência cardíaca por três efeitos sobre o nodo SA 1 Retardando a velocidade da despolarização da fase 4 2 Hiperpolarizando o potencial diastólico máximo para que mais corrente de influxo seja necessária para atingir o potencial limiar e 3 Aumentando o potencial limiar Como resultado o nodo SA é despolarizado até o limiar com menos frequência e dispara menos potenciais de ação por unidade de tempo ie redução da frequência cardíaca Quadro 41 Quadro 41 F isiologia C línica B radicardia S inusal Descrição de caso Mulher de 72 anos hipertensa está sendo tratada com propranolol agente bloqueador βadrenérgico Ela apresentou vários episódios de tonturas e síncope desmaio O ECG revela bradicardia sinusal ondas P regulares normais seguidas de complexos QRS normais porém a frequência das ondas P é diminuída para 45min O médico vai diminuindo o propranolol gradualmente e em seguida o 255 descontinua e então muda a medicação da paciente para classe diferente de fármacos antihipertensivos Após a interrupção do propranolol a repetição do ECG mostra ritmo sinusal normal com frequência de ondas P de 80min Explicação do caso A frequência cardíaca é determinada pela frequência das ondas P Durante o tratamento com propranolol sua frequência cardíaca foi de apenas 45 batimentosmin A presença de ondas P no ECG indica que o coração está sendo ativado pelo nodo SA que é o marcapasso normal Entretanto a frequência de despolarização do nodo SA é muito menor do que a normal porque está sendo tratada com propranolol agente de bloqueio βadrenérgico Lembrese de que os agonistas βadrenérgicos aumentam a velocidade de despolarização da fase 4 no nodo SA aumentando If Os antagonistas βadrenérgicos portanto reduzem a despolarização da fase 4 e a frequência na qual as células do nodo SA disparam os potenciais de ação Tratamento A bradicardia sinusal da mulher foi efeito adverso do tratamento com propranolol Quando o propranolol foi descontinuado sua frequência cardíaca retornou ao normal Efeitos Autonômicos sobre a Velocidade de Condução no Nodo Atrioventricular Os efeitos do sistema nervoso autônomo sobre a velocidade de condução são chamados efeitos dromotrópicos Aumentos da velocidade de condução são chamados efeitos dromotrópicos positivos e reduções da velocidade de condução são chamadas efeitos dromotrópicos negativos Os efeitos fisiológicos mais importantes do sistema nervoso autônomo sobre a velocidade de condução são os sobre o nodo AV o que de fato altera a velocidade com que os potenciais de ação são conduzidos dos átrios para os ventrículos Lembrese ao considerar o mecanismo desses efeitos autonômicos de que a velocidade de condução se relaciona à amplitude da corrente de influxo da fase ascendente do potencial de ação e com a velocidade de elevação da fase ascendente dVdT A estimulação do sistema nervoso simpático produz aumento da velocidade de condução pelo nodo AV efeito dromotrópico positivo que aumenta a velocidade com que os potenciais de ação são conduzidos dos átrios para os ventrículos O mecanismo do efeito simpático é por aumento de ICa que é responsável pela fase ascendente do potencial de ação no nodo AV como o é no nodo SA Assim o aumento de ICa significa aumento da corrente de influxo e aumento da velocidade de condução A estimulação do sistema nervoso parassimpático produz diminuição da velocidade de condução pelo nodo AV efeito dromotrópico negativo o que diminui a velocidade com que os potenciais de ação são conduzidos dos átrios para os ventrículos O 256 mecanismo do efeito parassimpático é a combinação de redução da lCa redução da corrente de fluxo e aumento da IKACh aumento da corrente de efluxo de K o que reduz ainda mais a corrente efetiva de influxo Além disso o PRE das células nodo AV é prolongada Se a velocidade de condução pelo nodo AV for retardada o suficiente p ex por meio do aumento da atividade parassimpática ou por lesão ao nodo AV alguns potenciais de ação podem não ser conduzidos a partir dos átrios para os ventrículos produzindo bloqueio cardíaco O grau de bloqueio cardíaco pode variar nas formas mais brandas a condução do potencial de ação dos átrios para os ventrículos é simplesmente retardada em casos mais graves os potenciais de ação podem não ser conduzidos para os ventrículos Eletrocardiograma O eletrocardiograma ECG é a medida de pequenas diferenças de potencial na superfície do corpo que refletem a atividade elétrica do coração Resumidamente essas diferenças de potencial ou voltagens são mensuráveis na superfície do corpo devido ao tempo e à sequência da despolarização e repolarização do coração Lembre se de que todo o miocárdio não é despolarizado de uma só vez os átrios despolarizam antes dos ventrículos os ventrículos despolarizam em sequência específica os átrios repolarizam enquanto os ventrículos estão despolarizando e os ventrículos repolarizam em sequência específica Como resultado da sequência e o tempo de propagação da despolarização e repolarização no miocárdio diferenças de potencial são estabelecidas entre porções diferentes do coração o que pode ser detectado por eletrodos colocados na superfície do corpo A configuração do ECG normal é mostrada na Figura 417 A nomenclatura do ECG é como se segue as várias ondas representam a despolarização ou repolarização de diferentes partes do miocárdio e recebem nomes de letras Intervalos e segmentos entre as ondas também são nomeados A diferença entre os intervalos e segmentos é que os intervalos incluem as ondas e os segmentos não As seguintes ondas intervalos e segmentos são observados no ECG 257 FIGURA 417 Eletrocardiograma medido a partir de derivação II 1 Onda P A onda P representa a despolarização dos átrios A duração da onda P se correlaciona com o tempo de condução pelos átrios por exemplo se a velocidade de condução pelos átrios diminui a onda P vai se dispersar A repolarização atrial não é observada no ECG normal porque está mascarada pelo complexo QRS 2 Intervalo PR O intervalo PR é o tempo desde a despolarização dos átrios até a despolarização inicial dos ventrículos Assim o intervalo PR inclui a onda P e o segmento PR parte isoelétrica plana do ECG que corresponde à condução pelo nodo AV Pelo fato do intervalo PR incluir o segmento PR ele também se correlaciona com o tempo de condução pelo nodo AV Normalmente o intervalo PR é de 160 ms que é o tempo decorrido desde a primeira despolarização dos átrios até a primeira despolarização dos ventrículos Fig 414 O aumento da velocidade de condução pelo nodo AV reduz o intervalo PR p ex devido à estimulação simpática e as reduções da velocidade de condução pelo nodo AV aumentam o intervalo PR p ex devido à estimulação parassimpática 3 Complexo QRS O complexo QRS é composto por três ondas Q R e S Coletivamente essas ondas representam a despolarização dos ventrículos Observe 258 que a duração total do complexo QRS é semelhante à da onda P Esse fato pode parecer surpreendente pois os ventrículos são muito maiores do que os átrios no entanto os ventrículos se despolarizam tão rapidamente quanto os átrios porque a velocidade de condução no fascículo atrioventricular e ramos subendocárdicos é muito maior do que no sistema de condução atrial 4 Onda T A onda T representa a repolarização dos ventrículos 5 Intervalo QT O intervalo QT inclui o complexo QRS o segmento ST e a onda T e representa a primeira despolarização ventricular até a última repolarização ventricular O segmento ST é trecho isoelétrico do intervalo QT que se correlaciona ao platô do potencial de ação ventricular A frequência cardíaca é medida pelo número de complexos QRS ou de ondas R uma vez que elas são mais proeminentes por minuto A duração do ciclo é o intervalo RR o tempo entre uma onda R e a seguinte A frequência cardíaca está relacionada à duração do ciclo da seguinte maneira Exemplo de problema Se o intervalo RR for de 800 ms 08 s qual será a frequência cardíaca Se a frequência cardíaca for de 90 batimentosminuto qual é a duração do ciclo Solução O intervalo RR é a duração do ciclo Se a duração do ciclo for de 08 s então a frequência cardíaca 1duração do ciclo ou 125 batimentoss ou 75 batimentosmin 1 batimento08 s Se a frequência cardíaca for de 90 batimentosmin então a duração do ciclo 1frequência cardíaca ou 066 s ou 660 ms A duração mais longa do ciclo significa frequência cardíaca mais lenta e duração menor do ciclo significa frequência cardíaca mais rápida Alterações da frequência cardíaca e da duração do ciclo alteram a duração do potencial de ação e em consequência alteram as durações dos períodos refratários e a excitabilidade Por exemplo se a frequência cardíaca aumenta e a duração do ciclo diminui ocorrerá diminuição da duração do potencial de ação Não só haverá mais potenciais de ação por unidade de tempo mas esses potenciais de ação terão duração mais curta e períodos refratários menores Devido à relação entre a frequência cardíaca e o período refratário aumentos da frequência cardíaca podem ser fator de produção de arritmias ritmos cardíacos anormais Conforme aumenta a frequência cardíaca e os períodos refratários encurtam as células do miocárdio ficam excitáveis mais cedo e com mais frequência 259 Contração do músculo cardíaco Estrutura da Célula Miocárdica Existem várias diferenças morfológicas e funcionais entre o músculo cardíaco e o músculo esquelético mas a maquinaria contrátil básica dos dois tipos celulares é semelhante Como no músculo esquelético as células musculares cardíacas são formadas por sarcômeros Os sarcômeros que se estendem da linha Z à linha Z são compostos por filamentos espessos e finos Os filamentos espessos são de miosina cujas cabeças globulares têm locais de ligação à actina e atividade de ATPase Os filamentos finos são formados por três proteínas actina tropomiosina e troponina A actina é proteína globular com um sítio de ligação à miosina que quando polimerizada forma dois filamentos torcidos A tropomiosina cursa pelo sulco dos filamentos torcidos de actina e funciona bloqueando o sítio de ligação da miosina A troponina é proteína globular formada por complexo de três subunidades a subunidade de troponina C ligase ao Ca2 Quando Ca2 está ligado à troponina C ocorre alteração conformacional que remove a inibição da tropomiosina da interação entre actina e miosina Como no músculo esquelético a contração ocorre de acordo com o modelo dos filamentos deslizantes que afirma que quando se formam pontes cruzadas entre a actina e a miosina e em seguida elas se rompem os filamentos espessos e finos deslizam uns sobre os outros Como resultado desse ciclo das pontes cruzadas a fibra muscular produz tensão Os túbulos transversais T invaginam as células do músculo cardíaco nas linhas Z são contínuos com as membranas celulares e funcionam levando potenciais de ação para o interior da célula Os túbulos T formam díades com o retículo sarcoplasmático que é o local de armazenamento e de liberação de Ca2 para o acoplamento excitação contração Acoplamento ExcitaçãoContração Como nos músculos esquelético e liso o acoplamento excitaçãocontração no músculo cardíaco traduz o potencial de ação em produção de tensão As seguintes etapas estão envolvidas no acoplamento excitaçãocontração no músculo cardíaco Essas etapas se correlacionam com os números circulados mostrados na Figura 418 260 FIGURA 418 Acoplamento excitaçãocontração nas células do miocárdio Consulte o texto para explicação sobre os números circulados RS Retículo sarcoplasmático 1 O potencial de ação cardíaco se inicia na membrana da célula miocárdica e a despolarização se dissemina para o interior da célula pelos túbulos T Lembrese de que uma característica singular do potencial de ação cardíaco é o seu platô fase 2 que resulta do aumento na gCa e da corrente de influxo de Ca2 no qual o Ca2 flui pelos canais de Ca2 do tipo L receptores de dihidropiridina do líquido extracelular LEC para o líquido intracelular LIC 2 Entrada de Ca2 na célula miocárdica produz um aumento na concentração de Ca2 intracelular Esse aumento na concentração de Ca2 intracelular não é suficiente por si só para iniciar a contração mas ela provoca a liberação de mais Ca2 a partir dos estoques no retículo sarcoplasmático pelos canais de liberação de Ca2 receptores 261 rianodina Esse processo é chamado de liberação de Ca2 induzida por Ca2 e o Ca2 que entra durante o platô do potencial de ação é chamado de Ca2 desencadeador ou gatilho Dois fatores determinam quanto Ca2 é liberado do retículo sarcoplasmático nessa etapa a quantidade de Ca2 previamente armazenada e a amplitude da corrente de influxo do Ca2 durante o platô do potencial de ação 3 e 4 Liberação de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático faz com que a concentração de Ca2 intracelular aumente ainda mais Ca2 agora se liga à troponina C a tropomiosina é deslocada e a interação de actina e miosina pode ocorrer Actina e miosina se ligam pontes cruzadas se formam e depois se rompem os filamentos finos e espessos deslizam uns sobre os outros e é gerada tensão O ciclo de pontes cruzadas continua enquanto a concentração de Ca2 intracelular for suficientemente alta para ocupar os locais de ligação de Ca2 na troponina C 5 Conceito extremamente importante é que a intensidade da tensão desenvolvida pelas células miocárdicas é proporcional à concentração de Ca2 intracelular Portanto é razoável que se espere que os hormônios neurotransmissores e fármacos que alteram a corrente de influxo do Ca2 durante o platô do potencial de ação ou que alteram os estoques de Ca2 do retículo sarcoplasmático alterem a quantidade de tensão produzida pelas células do miocárdio O relaxamento ocorre quando o Ca2 é reacumulado no retículo sarcoplasmático pela ação de Ca2 ATPase Esse novo acúmulo faz com que a concentração de Ca2 intracelular diminua para os níveis de repouso Além disso Ca2 o que entrou na célula durante o platô do potencial de ação é expulso da célula pela Ca2 ATPase e pela troca de Ca2Na na membrana sarcolêmica Esses transportadores sarcolêmicos bombeiam Ca2 para fora da célula contra o seu gradiente eletroquímico e a Ca2 ATPase utiliza diretamente o ATP e o trocador Ca2Na utiliza energia do gradiente de Na dirigido para o interior Contratilidade A contratilidade ou inotropismo é a capacidade intrínseca das células do miocárdio de desenvolver força em determinado comprimento das células musculares Dizse que os agentes que produzem aumento na contratilidade têm efeitos inotrópicos positivos Os agentes inotrópicos positivos aumentam tanto a velocidade do desenvolvimento de tensão como o pico de tensão Dizse que os agentes que produzem redução na contratilidade teriam efeitos inotrópicos negativos Os agentes inotrópicos negativos diminuem tanto a velocidade do desenvolvimento de tensão como o pico de tensão Mecanismos para a Variação da Contratilidade A contratilidade se correlaciona diretamente à concentração intracelular de Ca2 que por sua vez depende da quantidade de Ca2 liberado dos estoques do retículo sarcoplasmático durante o acoplamento excitaçãocontração A quantidade de Ca2 liberada pelo retículo sarcoplasmático depende de dois fatores a amplitude da corrente de influxo de Ca2 durante o platô do potencial de ação do miocárdio a 262 quantidade do Ca2 desencadeador gatilho e a quantidade de Ca2 previamente armazenada no retículo sarcoplasmático para liberação Portanto quanto maior a corrente de influxo de Ca2 e quanto maiores os estoques intracelulares maior o aumento na concentração de Ca2 intracelular e maior a contratilidade Efeitos do Sistema Nervoso Autônomo na Contratilidade Os efeitos do sistema nervoso autônomo na contratilidade estão resumidos na Tabela 44 Desses efeitos o mais importante é o efeito inotrópico positivo do sistema nervoso simpático Sistema nervoso simpático A estimulação do sistema nervoso simpático e das catecolaminas circulantes tem efeito inotrópico positivo sobre o miocárdio ie aumento da contratilidade Esse efeito inotrópico positivo tem três características importantes aumento do pico de tensão aumento da velocidade ou intensidade de desenvolvimento de tensão e velocidade mais rápida de relaxamento O relaxamento mais rápido significa que a contração abalo é mais curta possibilitando mais tempo para reenchimento Esse efeito como o efeito simpático sobre a frequência cardíaca é mediado pela ativação de receptores β1 acoplados por proteína Gs à adenilil ciclase A ativação da adenilil ciclase leva à produção de monofosfato cíclico de adenosina AMPc ativação da proteína cinase e fosforilação das proteínas que produzem o efeito fisiológico do aumento da contratilidade Duas proteínas diferentes são fosforiladas para produzir o aumento da contratilidade As ações coordenadas dessas proteínas fosforiladas em seguida produzem aumento da concentração de Ca2 intracelular 1 Ocorre fosforilação dos canais de Ca2 sarcolêmicos que carregam corrente de influxo de Ca2 durante o platô do potencial de ação Como resultado há aumento da corrente de influxo de Ca2 durante o platô e aumento de Ca2 desencadeador gatilho que aumenta a quantidade de Ca2 liberado do retículo sarcoplasmático 2 Há fosforilação de fosfolambano proteína que regula o Ca2 ATPase do retículo sarcoplasmático Quando fosforilado o fosfolambano estimula o Ca2 ATPase resultando em maior captação e armazenamento de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático O aumento da captação de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático tem dois efeitos causa relaxamento mais rápido ie a contração mais curta e aumenta a quantidade do Ca2 armazenado para liberação em batimentos posteriores Sistema nervoso parassimpático A estimulação do sistema nervoso parassimpático e a ACh têm efeito inotrópico negativo sobre os átrios Esse efeito é mediado por receptores muscarínicos acoplados pela proteína Gi chamada GK à adenilil ciclase Pelo fato da proteína G nesse caso ser inibidora a contratilidade diminui o oposto do efeito da ativação de receptores β1 pelas catecolaminas Dois fatores são responsáveis pela diminuição da contratilidade atrial causada pela estimulação parassimpática 1 A ACh diminui a corrente de influxo de Ca2 durante o platô do potencial de ação 2 A ACh aumenta IKACh encurtando assim a duração do potencial de ação e indiretamente diminuindo a corrente de influxo de Ca2 encurtando a fase de platô Juntos esses dois efeitos diminuem a quantidade de 263 Ca2 que entra nas células atriais durante o potencial de ação diminuem o Ca2 desencadeador e diminuem a quantidade de Ca2 liberado pelo retículo sarcoplasmático Efeito da Frequência Cardíaca sobre a Contratilidade Talvez surpreendentemente alterações da frequência cardíaca produzem variações na contratilidade Quando a frequência cardíaca aumenta a contratilidade aumenta quando a frequência cardíaca diminui a contratilidade diminui O mecanismo pode ser compreendido recordando que a contratilidade se correlaciona diretamente à concentração intracelular de Ca2 durante o acoplamento de excitaçãocontração Por exemplo o aumento da frequência cardíaca produz um aumento da contratilidade o que pode ser explicado da seguinte maneira 1 Quando aumenta a frequência cardíaca ocorrem potenciais de ação por unidade de tempo e aumento na quantidade total de Ca2 desencadeador que entra na célula durante a fase de platô do potencial de ação Além disso se o aumento da frequência cardíaca for causado por estimulação simpática ou por catecolaminas então a amplitude da corrente de influxo do Ca2 a cada potencial de ação também é aumentada 2 Pelo fato de haver maior influxo de Ca2 para a célula durante os potenciais de ação o retículo sarcoplasmático acumula mais Ca2 para liberação subsequente ie aumento do Ca2 armazenado Novamente se o aumento da frequência cardíaca for causado por estimulação simpática então o fosfolambano que aumenta a captação de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático será fosforilado aumentando ainda mais o processo de captação Dois exemplos específicos do efeito da frequência cardíaca sobre a contratilidade o efeito de escada positivo e da potenciação pósextrassistólica estão ilustrados na Figura 419 FIGURA 419 Exemplos do efeito da frequência cardíaca na contratilidade A Escada positiva B potenciação pósextrassistólica A tensão é usada como medida de contratilidade A frequência das barras mostra a frequência cardíaca e a altura das barras mostra a tensão produzida em cada batimento Efeito de escada positivo O efeito de escada positivo também é chamado de escada de Bowditch ou fenômeno da escada Fig 419A Quando a frequência cardíaca duplica por exemplo a tensão desenvolvida a cada batimento aumenta de 264 maneira gradual até valor máximo Esse aumento da tensão ocorre porque existem mais potenciais de ação por unidade de tempo mais Ca2 total que entra na célula durante a fase de platô e mais Ca2 acumulado pelo retículo sarcoplasmático ie mais Ca2 armazenado Observe que o primeiro batimento após o aumento da frequência cardíaca não mostra qualquer aumento da tensão porque o Ca2 extra ainda não acumulou Em batimentos subsequentes o efeito sobre o acúmulo extra de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático fica evidente A tensão sobe em etapas como uma escada A cada batimento mais Ca2 é acumulado pelo retículo sarcoplasmático até o nível máximo de armazenamento ser atingido Potenciação pósextrassistólica Quando ocorre extrassístole um batimento anômalo extra gerado por marcapasso latente a tensão desenvolvida no batimento seguinte é maior do que a normal Fig 419B Embora a tensão desenvolvida no batimento extrassistólico em si seja menor do que o normal o próximo batimento exibe aumento da tensão Quantidade inesperada ou extra de Ca2 entrou na célula durante a extrassístole e foi acumulada pelo retículo sarcoplasmático ie aumento do Ca2 armazenado Efeito dos Glicosídeos Cardíacos sobre a Contratilidade Os glicosídeos cardíacos são uma classe de fármacos que atuam como agentes inotrópicos positivos Esses fármacos são derivados de extratos da planta dedaleira Digitalis purpurea O fármaco prototípico é a digoxina outros fármacos nessa classe incluem digitoxina e ouabaína A conhecida ação dos glicosídeos cardíacos é a inibição de NaK ATPase No miocárdio a inibição de NaK ATPase é subjacente ao efeito inotrópico positivo dos glicosídeos cardíacos como explicado na Figura 420 Os números circulados na figura se correlacionam com as seguintes etapas 265 FIGURA 420 Mecanismo do efeito inotrópico positivo dos glicosídeos cardíacos Consulte o texto para explicação sobre os números circulados 1 NaK ATPase está localizada na membrana celular da célula do miocárdio Os glicosídeos cardíacos inibem a NaK ATPase no sítio extracelular de ligação ao K 2 Quando a NaK ATPase é inibida menos Na é bombeado para fora da célula aumentando a concentração de Na intracelular 3 O aumento da concentração intracelular de Na altera o gradiente de Na através da membrana da célula miocárdica alterando assim a função de trocador de Ca2Na Esse trocador bombeia Ca2 para fora da célula contra seu gradiente eletroquímico em troca por Na que se move em direção à célula por gradiente eletroquímico Lembrese de que a troca Ca2Na é um dos mecanismos que expulsa o Ca2 que entrou na célula durante o platô do potencial de ação de células do miocárdio A energia para o bombeamento de Ca2 contra gradiente vem do gradiente a favor de Na que normalmente é mantido pela NaK ATPase Quando a concentração intracelular de Na aumenta o gradiente de Na direcionado para o interior diminui Como resultado a troca de Ca2Na diminui pois depende do gradiente de Na como fonte de energia 4 Como menos Ca2 é bombeado para fora da célula pelo trocador de Ca2Na a concentração de Ca2 intracelular aumenta 5 Como a tensão é diretamente proporcional à concentração intracelular de Ca2 os glicosídeos cardíacos produzem aumento da tensão aumentando a concentração intracelular de Ca2 um efeito inotrópico positivo O principal uso terapêutico dos glicosídeos cardíacos está no tratamento da insuficiência cardíaca congestiva condição caracterizada por redução da contratilidade da musculatura ventricular ie inotropismo negativo Quando ocorre falha no lado esquerdo do coração o ventrículo esquerdo é incapaz de desenvolver a tensão normal 266 quando se contrai e é incapaz de ejetar volume sistólico normal para a aorta Quando ocorre falha no lado direito do coração o ventrículo direito é incapaz de desenvolver tensão normal e de ejetar volume sistólico normal para a artéria pulmonar Qualquer uma das situações é grave e potencialmente fatal Por meio do aumento da concentração de Ca2 intracelular das células ventriculares os glicosídeos cardíacos têm ação inotrópica positiva que pode neutralizar o inotropismo negativo do ventrículo em falência Relação ComprimentoTensão no Músculo Cardíaco Assim como no músculo esquelético a tensão máxima que pode ser desenvolvida pela célula miocárdica depende do seu comprimento em repouso Lembrese de que a base fisiológica para a relação comprimentotensão é o grau de sobreposição dos filamentos finos e espessos e o número de locais possíveis para a formação de pontes cruzadas A concentração de Ca2 intracelular então determina qual a fração dessas possíveis pontes cruzadas irá realmente se formar e ciclar Nas células miocárdicas o desenvolvimento de tensão máxima ocorre nos comprimentos dos sarcômeros de cerca de 22 µm ou Lmáx Nesse comprimento ocorre sobreposição máxima dos filamentos espessos e finos seja em comprimentos de células mais curtos ou mais longos a tensão desenvolvida será inferior ao máximo Além do grau de sobreposição dos filamentos espessos e finos existem dois mecanismos adicionais dependentes do comprimento no músculo cardíaco que alteram a tensão desenvolvida O aumento do comprimento muscular aumenta a sensibilidade ao Ca2 da troponina C e o aumento do comprimento muscular aumenta a liberação de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático A relação comprimentotensão para células miocárdicas únicas pode ser estendida para a relação comprimentotensão para os ventrículos Por exemplo considere o ventrículo esquerdo O comprimento de uma só fibra muscular do ventrículo esquerdo imediatamente anterior à contração corresponde ao volume diastólico final do ventrículo esquerdo A tensão de uma só fibra muscular do ventrículo esquerdo corresponde à tensão ou pressão desenvolvida pelo ventrículo esquerdo inteiro Quando essas substituições são feitas podese desenvolver curva que mostra a pressão ventricular durante a sístole como uma função do volume diastólico final ventricular Fig 421 267 FIGURA 421 Curvas de pressãovolume sistólica e diastólica do ventrículo esquerdo A curva sistólica mostra a pressão sistólica ativa como função do volume diastólico final comprimento da fibra A curva diastólica mostra a pressão passiva como função do volume diastólico final A curva superior é a relação entre a pressão ventricular desenvolvida durante a sístole e o volume diastólico final ou comprimento da fibra diastólica final Esse desenvolvimento de pressão é mecanismo ativo No ramo ascendente da curva a pressão aumenta acentuadamente com o aumento do comprimento da fibra refletindo maiores graus de sobreposição dos filamentos espessos e finos maior formação de pontes cruzadas e maior tensão desenvolvida A curva por fim se estabiliza quando a sobreposição é máxima Se o volume diastólico final tiver de aumentar ainda mais e as fibras forem esticadas até comprimentos mais longos a sobreposição e a pressão diminuiriam ramo descendente da curva Ao contrário do músculo esquelético que funciona ao longo de toda a curva comprimentotensão Cap 1 Fig 126 o músculo cardíaco normalmente só funciona no ramo ascendente da curva A razão para essa diferença é que o músculo cardíaco é muito mais rígido do que o músculo esquelético Assim o músculo cardíaco tem alta tensão de repouso e pequenos aumentos no comprimento produzem grandes aumentos na tensão de repouso Por essa razão o músculo cardíaco é mantido sobre o ramo ascendente da sua curva comprimento tensão e é difícil estirar as fibras do músculo cardíaco além de Lmáx Por exemplo o comprimento de trabalho das fibras do músculo cardíaco o comprimento no final da diástole é de 19 µm Lmáx que é de 22 µm Esta relação pressão sistólicavolume ie relação comprimentotensão para o ventrículo é a base para a relação de Frank 268 Starling no coração A curva inferior é a relação entre pressão e o volume ventricular durante a diástole quando o coração não está contraindo À medida que o volume diastólico final aumenta a pressão ventricular aumenta por mecanismos passivos A pressão cada vez maior no ventrículo reflete a crescente tensão das fibras musculares à medida que elas são esticadas para comprimentos maiores Os termos précarga e póscarga podem ser aplicados ao músculo cardíaco assim como são aplicados ao músculo esquelético A précarga para o ventrículo esquerdo é o volume diastólico final do ventrículo esquerdo ou o comprimento diastólico final da fibra isto é a précarga é o comprimento de repouso a partir de onde o músculo se contrai A relação entre précarga e a tensão ou a pressão desenvolvida ilustrada na curva superior sistólica na Figura 421 baseiase no grau de sobreposição dos filamentos espessos e finos A póscarga para o ventrículo esquerdo é a pressão aórtica A velocidade de encurtamento do músculo cardíaco é máxima quando a póscarga é zero e a velocidade de encurtamento diminui à medida que aumenta a póscarga A relação entre a pressão ventricular desenvolvida e a pressão aórtica ou póscarga são discutidas de maneira mais completa na seção sobre as alças pressão ventricular volume Volume Sistólico Fração de Ejeção e Débito Cardíaco A função dos ventrículos é descrita pelos seguintes três parâmetros 1 volume sistólico é o volume de sangue ejetado pelo ventrículo a cada batimento 2 fração de ejeção é a fração do volume diastólico final ejetado em cada volume sistólico que é medida da eficiência do ventrículo e 3 débito cardíaco é o volume total ejetado pelo ventrículo por unidade de tempo Volume sistólico O volume de sangue ejetado em cada contração ventricular é o volume sistólico O volume sistólico é a diferença entre o volume de sangue no ventrículo antes da ejeção volume diastólico final e o volume restante no ventrículo após a ejeção volume sistólico final Tipicamente o volume sistólico é de cerca de 70 mL Desse modo onde 269 Fração de Ejeção A eficácia dos ventrículos em ejetar sangue é descrita pela fração de ejeção que é a fração do volume diastólico final que é ejetada no volume sistólico Normalmente a fração de ejeção é de aproximadamente 055 ou 55 A fração de ejeção é indicador de contratilidade com os aumentos da fração de ejeção refletindo aumento na contratilidade e reduções na fração de ejeção refletindo redução na contratilidade Desse modo Débito Cardíaco O volume total de sangue ejetado por unidade de tempo é o débito cardíaco Assim o débito cardíaco depende do volume ejetado em um batimento volume sistólico e o número de batimentos por minuto frequência cardíaca O débito cardíaco é de cerca de 5000 mLmin em homem de 70 kg baseado em volume sistólico de 70 mL e frequência cardíaca de 72 batimentosmin Desse modo onde Exemplo de problema 270 Homem com volume diastólico final de 140 mL volume sistólico final de 70 mL e frequência cardíaca de 75 batimentosmin Qual é o seu volume sistólico seu débito cardíaco e sua fração de ejeção Solução Esses cálculos são muito básicos e muito importantes O volume sistólico é o volume ejetado do ventrículo esquerdo em um só batimento portanto é a diferença entre o volume no ventrículo antes e depois da contração O débito cardíaco é o volume sistólico multiplicado pela frequência cardíaca A fração de ejeção é a eficiência do ventrículo em ejetar sangue e é o volume sistólico dividido pelo volume diastólico final Relação de FrankStarling A relação comprimentotensão para a sístole ventricular já foi descrita Essa relação agora pode ser entendida utilizando os parâmetros do volume sistólico da fração de ejeção e do débito cardíaco O fisiologista alemão Otto Frank descreveu pela primeira vez a relação entre a pressão desenvolvida durante a sístole no ventrículo de sapo e o volume presente no ventrículo imediatamente antes da sístole Com base nas observações de Frank o fisiologista britânico Ernest Starling demonstrou no coração isolado de cão que o volume que o ventrículo ejetou na sístole foi determinado pelo volume diastólico final Lembrese de que o princípio subjacente a essa relação é a relação comprimento tensão nas fibras musculares cardíacas A lei de FrankStarling do coração ou relação de FrankStarling baseiase nesses experimentos de referência Ela afirma que o volume de sangue ejetado pelo ventrículo depende do volume presente no ventrículo ao final da diástole O volume presente no final da diástole por sua vez depende do volume retornado para o coração ou retorno venoso Portanto o volume sistólico e o débito cardíaco se correlacionam diretamente com o volume diastólico final que se correlaciona com o retorno venoso A relação de 271 FrankStarling rege a função ventricular normal e garante que o volume que o coração ejeta na sístole é igual ao volume que recebe pelo retorno venoso Lembrese da discussão anterior que no estado estável o débito cardíaco é igual ao retorno venoso É a lei de FrankStarling do coração que está subjacente e garante essa igualdade A relação de FrankStarling é ilustrada na Figura 422 O débito cardíaco e o volume sistólico são representados como função do volume diastólico final do ventrículo ou da pressão diastólica atrial direita Volume diastólico final pode ser substituído por pressão atrial direita uma vez que ambos os parâmetros estão relacionados ao retorno venoso Existe relação curvilínea entre o volume sistólico ou o débito cardíaco e o volume diastólico final do ventrículo À medida que o retorno venoso aumenta o volume diastólico final aumenta e devido à relação comprimentotensão nos ventrículos o volume sistólico aumenta em conformidade Na faixa fisiológica a relação entre o volume sistólico e volume diastólico final é quase linear Somente quando o volume diastólico final fica elevado é que a curva começa a se dobrar nesses níveis elevados o ventrículo atinge seu limite e simplesmente não é capaz de manter o retorno venoso 272 FIGURA 422 Relação de FrankStarling do coração Os efeitos dos agentes inotrópicos positivos e negativos são mostrados com respeito à relação normal de FrankStarling Também ilustrado na Figura 422 são os efeitos da variação sobre a contratilidade na relação de FrankStarling Agentes que aumentam a contratilidade têm efeito inotrópico positivo curva superior Os agentes inotrópicos positivos p ex digoxina produzem aumentos do volume sistólico e do débito cardíaco para determinado volume diastólico final O resultado é que fração maior do volume diastólico final é ejetada por batimento com aumento na fração de ejeção Agentes que diminuem a contratilidade têm um efeito inotrópico negativo curva inferior Agentes inotrópicos negativos produzem diminuição do volume sistólico e do débito cardíaco para determinado volume diastólico O resultado é que fração menor do volume diastólico final é ejetada por batimento com redução na fração de ejeção Alças de PressãoVolume Ventriculares Alça PressãoVolume Ventricular Normal 273 A função do ventrículo esquerdo pode ser observada ao longo do ciclo cardíaco completo diástole mais sístole combinando as duas relações pressãovolume da Figura 421 Ao se ligar essas duas curvas pressãovolume é possível construir a chamada alça pressãovolume ventricular Fig 423 Lembrese de que a relação pressão sistólicavolume na Figura 421 mostra a máxima pressão ventricular desenvolvida para determinado volume ventricular Para facilitar a compreensão parte dessa curva sistólica de volumepressão é sobreposta como uma linha tracejada dourada sobre a alça pressão ventricularvolume A linha tracejada mostra a máxima pressão possível que pode ser desenvolvida para determinado volume ventricular durante a sístole ie quando o ventrículo está contraindo Observe que o ponto 3 sobre a alça pressãovolume toca a curva pressão sistólicavolume linha tracejada Além disso pode não ser evidente que a parte da alça entre os pontos 4 e 1 corresponde à parte da curva pressão diastólicavolume da Figura 421 FIGURA 423 Alça pressãovolume do ventrículo esquerdo É mostrado um ciclo completo do ventrículo esquerdo Consulte o texto para explicação completa A linha tracejada mostra uma parte da curva pressãovolume sistólica da Figura 421 A alça pressãovolume ventricular descreve o ciclo completo de contração ventricular ejeção relaxamento e reenchimento do seguinte modo Contração isovolumétrica 1 2 Comece o ciclo no ponto 1 que marca o final da diástole O ventrículo esquerdo foi preenchido com sangue vindo do átrio esquerdo e seu volume é o volume diastólico final 140 mL A pressão correspondente é muito baixa porque o músculo ventricular está relaxado Nesse ponto o ventrículo é ativado ele se contrai e a pressão ventricular aumenta drasticamente Pelo fato de todas as valvas estarem fechadas o sangue não pode ser ejetado pelo ventrículo esquerdo e o volume ventricular é constante embora a pressão ventricular fique bastante elevada ponto 2 Assim essa fase do ciclo é 274 chamada de contração isovolumétrica Ejeção ventricular 2 3 No ponto 2 a pressão ventricular esquerda fica mais alta que a pressão aórtica fazendo com que a valva aórtica se abra Você pode perguntar por que a pressão no ponto 2 não atinge a curva pressão sistólicavolume mostrada pela linha tracejada dourada A razão simples é que ela não precisa fazer isso A pressão no ponto 2 é determinada pela pressão aórtica Quando a pressão ventricular atinge o valor de pressão da aorta a valva aórtica se abre e o restante da contração é utilizado para a ejeção do volume sistólico pela valva aórtica aberta Quando a valva está aberta o sangue é ejetado rapidamente impulsionado pelo gradiente de pressão entre o ventrículo esquerdo e a aorta Durante essa fase a pressão ventricular esquerda continua elevada porque o ventrículo ainda está contraindo O volume ventricular diminui drasticamente no entanto à medida que o sangue é ejetado para a aorta O volume restante no ventrículo no ponto 3 é o volume sistólico final 70 mL A largura da alça pressãovolume é o volume de sangue ejetado ou o volume sistólico O volume sistólico neste ciclo ventricular é de 70 mL 140 mL 70 mL Relaxamento isovolumétrico 3 4 No ponto 3 a sístole termina e o ventrículo relaxa A pressão ventricular diminui além da pressão aórtica e a valva aórtica se fecha Embora a pressão ventricular diminua rapidamente durante essa fase o volume ventricular permanece constante isovolumétrico no valor sistólico final de 70 mL pois todas as valvas estão novamente fechadas Enchimento ventricular 4 1 No ponto 4 a pressão ventricular caiu para nível que já é inferior à pressão atrial esquerda fazendo com que a valva mitral AV se abra O ventrículo esquerdo se enche passivamente de sangue a partir do átrio esquerdo e também ativamente como resultado da contração atrial do próximo ciclo O volume ventricular esquerdo aumenta de volta ao volume diastólico final de 140 mL Durante essa última fase o músculo ventricular está relaxado e a pressão aumenta apenas ligeiramente à medida que o ventrículo complacente se enche de sangue Alterações nas Alças PressãoVolume Ventriculares Alças pressãovolume ventriculares podem ser usadas para visualizar os efeitos das alterações na précarga ie alterações no retorno venoso ou no volume diastólico final das alterações na póscarga ie alterações da pressão aórtica ou das alterações na contratilidade Fig 424 As linhas contínuas representam um único ciclo ventricular normal e são idênticas à alça pressãovolume mostrada na Figura 423 As linhas tracejadas demonstram os efeitos das várias alterações em um só ciclo do ventrículo esquerdo mas não incluem quaisquer respostas compensatórias que possam ocorrer mais tarde 275 FIGURA 424 Variações na alça pressão do ventrículo esquerdo A précarga aumentada B póscarga aumentada C contratilidade aumentada O ciclo normal ventricular é mostrado pelas linhas contínuas e o efeito da variação é mostrado pelas linhas tracejadas A Figura 424A ilustra o efeito do aumento da précarga no ciclo ventricular Lembrese de que a précarga é o volume diastólico final Nesse exemplo a pré carga está aumentada porque o retorno venoso está aumentado o que aumenta o volume diastólico final ponto 1 A póscarga e a contratilidade permanecem constantes À medida que o ventrículo prossegue por seu ciclo de contração ejeção relaxamento e reenchimento o efeito desse aumento da précarga pode ser observado volume sistólico como medido pela largura da alça pressãovolume aumenta Esse aumento no volume sistólico baseiase na relação de FrankStarling que afirma que quanto maior o volume diastólico final comprimento da fibra diastólica final maior o volume sistólico ejetado na sístole A Figura 424B ilustra o efeito do aumento da póscarga ou aumento da pressão aórtica no ciclo ventricular Nesse exemplo o ventrículo esquerdo deve ejetar sangue contra pressão maior do que a normal Para ejetar o sangue a pressão ventricular deve se elevar para nível maior que o normal durante a contração isovolumétrica ponto 2 e durante a ejeção ventricular ie 2 3 Consequência do aumento da póscarga é que menos sangue é ejetado pelo ventrículo durante a sístole assim o volume sistólico diminui mais sangue permanece no ventrículo ao final da sístole e o volume sistólico final aumenta Podese imaginar o efeito do aumento da póscarga da seguinte maneira se parte maior da contração for gasta na contração isovolumétrica para coincidir com a maior póscarga então parte menor da contração é residual e disponível para ejeção do volume sistólico A Figura 424C ilustra o efeito do aumento da contratilidade no ciclo ventricular Quando aumenta a contratilidade o ventrículo pode desenvolver maior tensão e pressão durante a sístole e ejetar maior volume de sangue que o normal O volume sistólico aumenta assim como a fração de ejeção menos sangue permanece no ventrículo ao final da sístole e consequentemente diminui o volume sistólico final pontos 3 e 4 Trabalho Cardíaco O trabalho é definido como força multiplicada pela distância Em termos de função 276 miocárdica trabalho é o trabalho sistólico ou o trabalho que o coração realiza a cada batimento Para o ventrículo esquerdo o trabalho sistólico é o volume sistólico multiplicado pela pressão da aorta onde a pressão aórtica corresponde à força e o volume sistólico corresponde à distância O trabalho do ventrículo esquerdo também pode ser considerado como a área compreendida pela alça pressãovolume como a alça ilustrada na Figura 423 O trabalhominuto ou força é definido como o trabalho por unidade de tempo Em termos da função miocárdica o trabalhominuto cardíaco é o débito cardíaco multiplicado pela pressão aórtica Portanto o trabalhominuto cardíaco pode ser considerado como tendo dois componentes o trabalho de volume ie débito cardíaco e o trabalho de pressão ie a pressão aórtica Às vezes o componente do trabalho de volume é chamado de trabalho externo e o componente do trabalho de pressão é chamado de trabalho interno Assim aumentos no débito cardíaco devido a aumento no volume sistólico eou um aumento da frequência cardíaca ou aumentos da pressão aórtica vão aumentar o trabalho do coração Consumo de Oxigênio do Miocárdio O consumo de O2 do miocárdio se correlaciona diretamente com o trabalhominuto cardíaco Dos dois componentes do trabalhominuto cardíaco em termos de consumo de O2 o trabalho de pressão é muito mais dispendioso do que o trabalho de volume Em outras palavras o trabalho de pressão representa grande percentual do trabalho cardíaco total e o trabalho de volume contribui com pequena porcentagem Essas observações explicam por que o consumo total de O2 do miocárdio mal se correlaciona com o débito cardíaco o maior percentual de consumo de O2 é para o trabalho de pressão ou trabalho interno que não é o débito cardíaco Podese também concluir que em condições em que porcentagem maior do que o normal do trabalho cardíaco total é trabalho de pressão o custo em termos de consumo de O2 aumenta Por exemplo na estenose aórtica o consumo de O2 do miocárdio é muito maior porque o ventrículo esquerdo deve desenvolver pressões extremamente altas para bombear o sangue pela valva aórtica estenosada embora o débito cardíaco na verdade seja reduzido Por outro lado durante exercício extenuante quando o débito cardíaco fica muito elevado o trabalho de volume contribui com porcentagem acima do normal de trabalho cardíaco total até 50 Embora o consumo de O2 do miocárdio aumente durante o esforço ele não aumenta tanto quanto quando o trabalho de pressão aumenta Outra consequência do maior consumo de O2 pelo trabalho de pressão é que o ventrículo esquerdo deve trabalhar mais do que o ventrículo direito Embora o débito cardíaco seja o mesmo em ambos os lados do coração a pressão média da aorta 100 mmHg é muito maior que a pressão média da artéria pulmonar 15 mmHg Assim o trabalho de pressão do ventrículo esquerdo é muito maior do que o trabalho de 277 pressão do ventrículo direito embora o trabalho de volume seja o mesmo Na verdade a parede do ventrículo esquerdo é mais espessa que a parede do ventrículo direito como mecanismo compensatório para a realização do trabalho de pressão Em condições patológicas como hipertensão sistêmica pressão arterial elevada na circulação sistêmica o ventrículo esquerdo deve realizar ainda mais trabalho de pressão do que o normal Devido à elevação da pressão aórtica a parede ventricular esquerda se hipertrofia fica mais espessa como compensação para o aumento da carga de trabalho A maior espessura da parede ventricular esquerda normal e a hipertrofia compensatória da parede ventricular esquerda na hipertensão arterial sistêmica são mecanismos adaptativos para a realização de mais trabalho de pressão Esses mecanismos adaptativos são explicados pela lei de Laplace A lei de Laplace para a esfera ie a forma aproximada do coração afirma que a pressão se correlaciona diretamente à tensão e espessura da parede e se correlaciona inversamente ao raio Desse modo onde P Pressão H Espessura altura T Tensão r Raio Em outras palavras a lei de Laplace para a esfera afirma que quanto maior a espessura da parede da esfera p ex o ventrículo esquerdo maior será a pressão que pode ser desenvolvida Ilustrando esse ponto a parede do ventrículo esquerdo é mais espessa que a parede do ventrículo direito porque o ventrículo esquerdo deve desenvolver maior pressão para ejetar sangue Podese ainda concluir que a espessura da parede ventricular aumentará como mecanismo de compensação caso o ventrículo tenha de bombear contra o aumento da pressão aórtica p ex hipertensão Assim na hipertensão sistêmica o ventrículo esquerdo se hipertrofia na hipertensão pulmonar o ventrículo direito se hipertrofia Infelizmente esse tipo de hipertrofia ventricular compensatória também pode levar à insuficiência ventricular e eventualmente ser prejudicial ou mesmo fatal Medida do Débito Cardíaco Princípio de Fick O débito cardíaco foi previamente definido como o volume ejetado pelo ventrículo esquerdo por unidade de tempo e é calculado como produto do volume sistólico pela frequência cardíaca O débito cardíaco pode ser medido utilizando o princípio de Fick cujo pressuposto fundamental é que no estado estável o débito cardíaco dos 278 ventrículos direito e esquerdo são iguais O princípio de Fick afirma que há conservação da massa conceito que pode ser aplicado para a utilização de O2 pelo corpo No estado estável a intensidade do consumo de O2 pelo corpo deve ser igual à quantidade de O2 que deixa os pulmões na veia pulmonar menos a quantidade de O2 que retorna aos pulmões pela artéria pulmonar Cada um desses parâmetros pode ser medido O consumo total de O2 pode ser medido diretamente A quantidade de O2 nas veias pulmonares é o fluxo sanguíneo pulmonar multiplicado pelo teor de O2 do sangue venoso pulmonar Da mesma forma a quantidade de O2 que retornou aos pulmões pela artéria pulmonar é o fluxo sanguíneo pulmonar multiplicado pelo teor de O2 no sangue arterial pulmonar Lembrese de que o fluxo sanguíneo pulmonar é o débito cardíaco do coração direito e é igual ao débito cardíaco do coração esquerdo Assim declarando matematicamente essas igualdades ou rearranjando para resolver para o débito cardíaco onde O consumo total de O2 do corpo é em geral de 250 mLmin em homem de 70 kg O conteúdo de O2 do sangue venoso pulmonar pode ser medido coletando sangue de artéria periférica porque nada do O2 adicionado ao sangue nos pulmões ainda foi consumido pelos tecidos O teor de O2 do sangue arterial pulmonar é igual ao do 279 sangue venoso misto podendo ser coletado da artéria pulmonar ou do ventrículo direito Exemplo de problema Homem tem consumo de O2 em repouso de 250 mL de O2min conteúdo de O2 arterial femoral de 020 mL de O2mL de sangue e teor de O2 arterial pulmonar de 015 mL de O2mL de sangue Qual é o seu débito cardíaco Solução Para o cálculo do débito cardíaco usando o princípio de Fick os seguintes valores são necessários consumo total de O2 corporal teor de O2 venoso pulmonar nesse exemplo o teor de O2 arterial femoral e teor de O2 arterial pulmonar O princípio de Fick não só é aplicável para a medida do débito cardíaco essencialmente o fluxo sanguíneo para o corpo todo mas também pode ser aplicado à medida do fluxo sanguíneo para os órgãos isolados Por exemplo o fluxo sanguíneo renal pode ser medido dividindose o consumo de O2 dos rins pela diferença no teor de O2 do sangue arterial renal e sangue venoso renal 280 Ciclo cardíaco A Figura 425 ilustra os eventos mecânicos e elétricos que ocorrem durante um único ciclo cardíaco O ciclo é dividido em sete fases Fig 425 letras de A a G separadas por linhas verticais na figura O ECG marca os eventos elétricos do ciclo cardíaco A pressão e o volume ventricular esquerdo as pressões aórtica e atrial esquerda o pulso venoso e as bulhas cardíacas são todos colocados simultaneamente no gráfico Os pontos em que as valvas mitral e aórtica abrem e fecham estão representados por setas 281 FIGURA 425 Ciclo cardíaco Os eventos mecânicos e elétricos que ocorrem durante um ciclo são mostrados Sístole atrial A contração ventricular isovolumétrica B ejeção ventricular rápida C ejeção ventricular reduzida D relaxamento ventricular isovolumétrico E enchimento ventricular rápido F enchimento ventricular reduzido diástase G A Figura 425 é mais bem analisada na vertical uma fase de cada vez de modo que todos os parâmetros cardiovasculares em determinada fase do ciclo podem ser correlacionados O ECG pode ser usado como marcador de tempoevento O ciclo começa com a despolarização e contração dos átrios A Tabela 45 pode ser utilizada junto com a Figura 425 para se conhecer os eventos do ciclo cardíaco 282 Tabela 45 Eventos do Ciclo Cardíaco Fase do Ciclo Cardíaco Eventos Principais Eletrocardiograma Valvas Bulhas Sístole atrial A Átrios contraem Fase final do enchimento ventricular Onda P Intervalo PR Quarta bulha Contração ventricular isovolumétrica B Ventrículos contraem Pressão ventricular aumenta Volume ventricular é constante todas as valvas fechadas Complexo QRS Valva mitral fecha Primeira bulha Ejeção ventricular rápida C Ventrículos contraem Pressão ventricular aumenta e atinge o máximo Ventrículos ejetam sangue para as artérias Volume ventricular diminui Pressão aórtica aumenta e atinge o máximo Segmento ST Valva aórtica abre Ejeção ventricular reduzida D Ventrículos ejetam sangue para as artérias velocidade mais lenta Volume ventricular atinge o mínimo Pressão aórtica começa a cair à medida que o sangue sai para as artérias Onda T Relaxamento ventricular isovolumétrico E Ventrículos relaxados Pressão ventricular é reduzida Volume ventricular é constante Valva aórtica fecha Segunda bulha Enchimento ventricular rápido F Ventrículos relaxados Ventrículos enchem passivamente com sangue dos átrios Volume ventricular aumenta Pressão ventricular baixa e constante Valva mitral abre Terceira bulha Enchimento ventricular reduzido ou diástase G Ventrículos relaxados Fase final do enchimento ventricular Fases com letras do ciclo cardíaco correspondem às fases na Figura 425 Sístole Atrial A A sístole atrial é a contração atrial É precedida por onda P no ECG que marca a despolarização dos átrios A contração do átrio esquerdo provoca aumento da pressão atrial esquerda Quando esse aumento da pressão atrial é refletido de volta para as veias ele aparece no registro de pulso venoso como uma onda O ventrículo esquerdo está relaxado durante essa fase e pelo fato de a valva mitral valva AV do lado esquerdo do coração estar aberta o ventrículo está se enchendo de sangue a partir do átrio mesmo antes da sístole atrial A sístole atrial provoca mais aumento do volume ventricular à medida que o sangue é ejetado ativamente do átrio esquerdo para o ventrículo esquerdo pela valva mitral aberta A variação correspondente na pressão ventricular esquerda reflete esse volume adicional acrescentado ao ventrículo pela sístole atrial A quarta bulha cardíaca S4 não é audível nos adultos normais embora possa ser auscultada na hipertrofia ventricular onde a complacência ventricular está 283 diminuída Quando presente S4 coincide com a contração atrial O som é causado pela contração do átrio contra e tentando encher o ventrículo rígido Contração Ventricular Isovolumétrica B A contração ventricular isovolumétrica começa durante o complexo QRS que representa a ativação elétrica dos ventrículos Quando o ventrículo esquerdo contrai a pressão ventricular esquerda começa a aumentar Logo que a pressão ventricular esquerda excede a pressão atrial esquerda a valva mitral se fecha No coração direito a valva tricúspide se fecha O fechamento das valvas AV produz a primeira bulha cardíaca S1 que pode ser às vezes dupla pelo fato da valva mitral se fechar um pouco antes da valva tricúspide A pressão ventricular aumenta drasticamente durante essa fase mas o volume ventricular permanece constante uma vez que todas as valvas estão fechadas a valva aórtica permaneceu fechada desde o ciclo anterior Ejeção Ventricular Rápida C O ventrículo continua a se contrair e a pressão ventricular atinge seu valor mais alto Quando a pressão ventricular fica maior do que a pressão aórtica a valva aórtica abre Agora o sangue é rapidamente ejetado do ventrículo esquerdo para a aorta pela valva aórtica aberta impulsionado pelo gradiente de pressão entre o ventrículo esquerdo e a aorta A maior parte do volume sistólico é ejetada durante a ejeção ventricular rápida diminuindo drasticamente o volume ventricular Ao mesmo tempo a pressão aórtica aumenta como resultado do grande volume de sangue que é subitamente adicionado à aorta Durante essa fase começa o enchimento atrial e a pressão atrial esquerda aumenta lentamente à medida que o sangue é devolvido ao coração esquerdo a partir da circulação pulmonar Esse sangue será obviamente ejetado pelo coração esquerdo no próximo ciclo O final dessa fase coincide com o final do segmento ST ou o início da onda T no ECG e com o fim da contração ventricular Ejeção Ventricular Reduzida D Durante a ejeção reduzida do ventrículo esquerdo os ventrículos começam a repolarizar marcado pelo início da onda T no ECG A pressão ventricular cai porque os ventrículos não estão mais contraindo Pelo fato de a valva aórtica ainda estar aberta o sangue continua a ser ejetado pelo ventrículo esquerdo para a aorta embora com velocidade reduzida o volume ventricular também continua em queda mas também com velocidade Embora o sangue continue a ser adicionado à aorta vindo do ventrículo esquerdo o sangue está fugindo para a árvore arterial com velocidade bem maior fazendo com que a pressão aórtica caia A pressão atrial esquerda continua a aumentar à medida que o sangue retorna ao coração esquerdo vindo dos pulmões Relaxamento Ventricular Isovolumétrico E O relaxamento isovolumétrico do ventrículo começa após os ventrículos serem 284 totalmente repolarizados marcado pelo fim da onda T no ECG Pelo fato de o ventrículo esquerdo estar relaxado a pressão ventricular esquerda diminui drasticamente Quando a pressão ventricular cai abaixo da pressão aórtica a valva aórtica fecha A valva aórtica fecha ligeiramente antes da valva pulmonar produzindo a segunda bulha cardíaca S2 A inspiração atrasa o fechamento da valva pulmonar e provoca duplicação da segunda bulha ou seja durante a inspiração a valva pulmonar fecha distintamente após a valva aórtica O desdobramento ocorre durante a inspiração pois a redução associada da pressão intratorácica produz aumento do retorno venoso para o lado direito do coração O aumento resultante no volume diastólico final ventricular direito provoca aumento no volume sistólico ventricular direito pelo mecanismo de FrankStarling e prolonga o tempo de ejeção ventricular direita o prolongamento do tempo de ejeção atrasa o fechamento da valva pulmonar com relação à valva aórtica No ponto em que a valva aórtica se fecha a curva da pressão aórtica apresenta irregularidade chamada de incisura dicrótica Como todas as valvas são novamente fechadas nenhum sangue pode ser ejetado do ventrículo esquerdo nem o ventrículo esquerdo pode ser cheio com sangue dos átrios Portanto durante essa fase o volume ventricular é constante isovolumétrico Enchimento Ventricular Rápido F Quando a pressão ventricular cai para seu nível mais baixo e ligeiramente abaixo da pressão atrial esquerda a valva mitral se abre Quando a valva mitral se abre o ventrículo começa a se encher de sangue do átrio esquerdo e o volume ventricular aumenta rapidamente Contudo a pressão ventricular permanece baixa porque o ventrículo ainda está relaxado e complacente O elevado grau de complacência do ventrículo significa que volume pode ser adicionado a ele sem alterar a pressão O rápido fluxo sanguíneo do átrio para os ventrículos produz a terceira bulha cardíaca S3 que é normal em crianças mas não é auscultada em adultos normais em adultos de meiaidade ou idosos a presença de S3 indica sobrecarga de volume como na insuficiência cardíaca congestiva ou na regurgitação mitral ou tricúspide avançada Durante essa fase e para o restante do ciclo cardíaco a pressão da aorta diminui à medida que o sangue se escoa da aorta para a árvore arterial para as veias e depois volta para o coração Enchimento Ventricular Reduzido Diastase G O enchimento ventricular reduzido ou diástase é a fase mais longa do ciclo cardíaco e inclui a porção final do enchimento ventricular que ocorre em ritmo mais lento do que na fase anterior A sístole atrial marca o final da diástole ponto no qual o volume ventricular é igual ao volume diastólico final As alterações do ritmo cardíaco alteram o tempo disponível para a diástase uma vez que é a fase mais longa do ciclo cardíaco Por exemplo aumento da frequência cardíaca reduz o período de tempo antes da próxima onda P ie o próximo ciclo e reduz ou mesmo elimina essa parte final do enchimento ventricular Se a diástase for reduzida 285 por esse aumento da frequência cardíaca o enchimento ventricular ficará comprometido o volume diastólico final será reduzido e como consequência o volume de ejeção também será reduzido lembrese da relação de FrankStarling Relações entre o débito cardíaco e o retorno venoso É necessário esclarecer a partir da discussão anterior que um dos fatores mais importantes que determina o débito cardíaco é o volume diastólico final do ventrículo esquerdo Por sua vez o volume diastólico final ventricular esquerdo depende do retorno venoso que também determina a pressão atrial direita Assim ocorre que existe não apenas relação entre o débito cardíaco e o volume diastólico final mas também relação entre o débito cardíaco e a pressão atrial direita O débito cardíaco e o retorno venoso podem ser examinados separadamente como função da pressão atrial direita Essas relações separadas também podem ser combinadas em gráfico único para visualizar a interrelação normal entre o débito cardíaco e o retorno venoso Fig 425 Os gráficos combinados podem ser usados para prever os efeitos de alterações em vários parâmetros cardiovasculares no débito cardíaco no retorno venoso e na pressão atrial direita Curva da Função Cardíaca A curva da função cardíaca ou curva do débito cardíaco mostrada na Figura 426 se baseia na relação de FrankStarling para o ventrículo esquerdo A curva de função cardíaca é representação da relação entre o débito cardíaco do ventrículo esquerdo e a pressão atrial direita Mais uma vez lembrese de que a pressão atrial direita está relacionada ao retorno venoso ao volume diastólico final e ao comprimento diastólico final da fibra à medida que aumenta o retorno venoso aumenta a pressão atrial direita e o volume diastólico final e o comprimento diastólico final da fibra aumentam Aumentos no comprimento diastólico final da fibra produzem aumentos do débito cardíaco Assim no estado estável o volume de sangue que o ventrículo esquerdo ejeta como débito cardíaco fica igual ou corresponde ao volume que recebe pelo retorno venoso 286 FIGURA 426 Curvas de função cardíaca e vascular A curva da função cardíaca é o débito cardíaco como função da pressão atrial direita A curva da função vascular é o retorno venoso como função da pressão atrial direita As curvas intersectamse no ponto de funcionamento do estado estável círculo cheio onde o débito cardíaco e o retorno venoso são iguais Aumento no volume diastólico final ie a pressão atrial direita produz aumento do débito cardíaco pelo mecanismo de FrankStarling No entanto essa correspondência ocorre apenas até certo ponto quando a pressão atrial direita atinge valor de aproximadamente 4 mmHg o débito cardíaco não pode mais se manter com o retorno venoso e a curva função cardíaca se estabiliza Esse nível máximo de débito cardíaco é de cerca de 9 Lmin Curva da Função Vascular A curva de função vascular ou curva de retorno venoso mostrada na Figura 426 mostra a relação entre o retorno venoso e a pressão atrial direita O retorno venoso é o fluxo sanguíneo pela circulação sistêmica e de volta para o coração direito A relação inversa entre o retorno venoso e a pressão atrial direita é explicada da seguinte maneira o retorno venoso de volta para o coração como todo o fluxo sanguíneo é impulsionado por um gradiente de pressão Quanto menor a pressão no átrio direito maior o gradiente de pressão entre as artérias sistêmicas e do átrio direito e maior o retorno venoso Assim conforme aumenta a pressão atrial direita esse gradiente de pressão diminui e o retorno venoso também diminui O joelho parte plana da curva de função vascular ocorre em valores negativos da 287 pressão atrial direita Nesses valores negativos as veias entram em colapso impedindo o fluxo sanguíneo de volta para o coração Embora o gradiente de pressão tenha aumentado ie à medida que a pressão atrial direita fica negativa o retorno venoso se equilibra porque as veias entraram em colapso Pressão Sistêmica Média O valor da pressão atrial direita em que o retorno venoso é zero é chamado de pressão sistêmica média É o ponto em que a curva de função vascular intersecta o eixo X ie onde o retorno venoso é zero e a pressão atrial direita está no seu valor mais elevado A pressão sistêmica média ou pressão circulatória média é a pressão que seria medida em todo o sistema cardiovascular se o coração estivesse parado Sob essas condições a pressão seria a mesma em toda a vasculatura e por nossa definição seria igual à pressão sistêmica média Quando as pressões são iguais em toda a vasculatura não ocorre fluxo sanguíneo e portanto o retorno venoso é zero pois não existe gradiente de pressão ou força motriz Dois fatores influenciam o valor da pressão arterial sistêmica média 1 O volume sanguíneo e 2 a distribuição do sangue entre o volume não estressado e o volume estressado Por sua vez o valor da pressão arterial sistêmica média determina o ponto de intersecção com o eixo X fluxo zero da curva de função vascular A Figura 427 revisa os conceitos de volume não estressado e estressado e os relaciona com a pressão sistêmica média O volume não estressado considerado o volume de sangue que as veias podem conter é o volume de sangue na vasculatura que não produz pressão O volume estressado considerado como o volume nas artérias é o volume que gera pressão pelo alongamento das fibras elásticas nas paredes dos vasos sanguíneos 288 FIGURA 427 Efeito das variações do volume estressado sobre a pressão sistêmica média O volume total de sangue é a soma do volume não estressado nas veias e o volume estressado nas artérias Aumentos do volume estressado produzem aumentos na pressão sistêmica média Considere o efeito da variação do volume de sangue sobre a pressão sistêmica média Quando o volume sanguíneo varia de 0 a 4 L todo o sangue estará no volume não estressado as veias não produzindo pressão e a pressão sistêmica média será zero Quando o volume sanguíneo for maior do que 4 L pouco do sangue estará no volume estressado artérias e produzirá pressão Por exemplo se o volume total de sangue for de 5 L 4 L estarão no volume não estressado não produzindo pressão e 1 L estará no volume estressado produzindo pressão de cerca de 7 mmHg no gráfico leiase pressão arterial sistêmica média de 7 mmHg com volume de sangue de 5 L É preciso esclarecer agora como as variações do volume sanguíneo podem alterar a pressão arterial sistêmica média Fig 426 Se o volume sanguíneo aumentar a quantidade de sangue no volume não estressado não será afetado se ele já estiver completo mas a quantidade de sangue no volume estressado vai aumentar Quando o volume estressado aumenta a pressão sistêmica média aumenta e a curva da função vascular e seu ponto de intersecção com o eixo X se deslocam para a direita Se o volume sanguíneo diminuir em seguida o volume diminui a pressão sistêmica média diminui e a curva da função vascular e seu ponto de intersecção com o eixo X se deslocam para a esquerda A redistribuição de sangue entre o volume não estressado e o volume estressado também produz alterações da pressão sistêmica média Por exemplo se a complacência das veias diminui p ex venoconstrição as veias podem conter menos sangue e o sangue passa do volume não estressado para o volume estressado Embora o volume total de sangue se mantenha inalterado o deslocamento de sangue aumenta a pressão sistêmica média e desloca a curva da 289 função vascular para a direita Em contrapartida se a complacência das veias aumenta p ex venodilatação as veias podem conter mais sangue Assim o volume não estressado vai aumentar o volume estressado e a pressão sistêmica média vão diminuir e a curva da função vascular se desvia para a esquerda Em resumo o aumento do volume do sangue e diminuição da complacência das veias produz aumento da pressão sistêmica média e desloca a curva da função vascular para a direita A redução do volume sanguíneo e o aumento da complacência das veias produzem redução da pressão sistêmica média e desloca a curva de função vascular para a esquerda Inclinação da Curva da Função Vascular Se a pressão sistêmica média é fixa ou constante a inclinação da curva de função vascular pode ser alterada por sua rotação A inclinação da curva de função vascular é determinada pela resistência periférica total RPT Lembrese de que a RPT é determinada principalmente pela resistência das arteríolas O efeito da RPT sobre o retorno venoso e sobre a curva da função vascular é explicado da seguinte maneira Fig 426 A redução da RPT provoca a rotação no sentido horário da curva da função vascular A rotação no sentido horário significa que para determinada pressão atrial direita o retorno venoso é aumentado Em outras palavras a redução da resistência das arteríolas RPT reduzida torna mais fácil o fluxo sanguíneo do lado arterial para o venoso da circulação e de volta ao coração O aumento da RPT provoca a rotação no sentido antihorário da curva de função vascular A rotação antihorária significa que para determinada pressão atrial direita o retorno venoso fica reduzido Em outras palavras o aumento da resistência das arteríolas aumento de RPT torna mais difícil o fluxo sanguíneo do lado arterial para o lado venoso da circulação e de volta ao coração Combinação das Curvas da Função Cardíaca e Vascular A interação entre o débito cardíaco e o retorno venoso pode ser visualizada pela combinação das curvas da função cardíaca e vascular Fig 426 O ponto em que as duas curvas se cruzam é o ponto único de funcionamento ou ponto de equilíbrio do sistema no estado estável No estado estável o débito cardíaco e retorno venoso são por definição iguais no ponto de intersecção Por que então as curvas de função cardíaca e vascular vão em direções opostas e por que elas têm relações opostas com a pressão atrial direita As respostas são encontradas no modo como as duas curvas são determinadas A curva de função cardíaca é determinada da seguinte maneira à medida que a pressão atrial direita e o volume diastólico final são aumentados ocorre aumento do comprimento da fibra ventricular que leva a aumento do volume sistólico e débito cardíaco Quanto maior a pressão atrial direita maior o débito cardíaco essa é a relação de FrankStarling para o coração A curva de função vascular é determinada da seguinte maneira à medida que a 290 pressão atrial direita é reduzida aumenta o retorno venoso devido ao maior gradiente de pressão que leva o fluxo sanguíneo de volta para o coração Quanto menor a pressão atrial direita maior será o retorno venoso Agora para as perguntas Estabelecemos que as curvas da função vascular e cardíaca têm relação oposta com a pressão atrial direita mas como isso pode ser verdadeiro se o débito cardíaco e o retorno venoso são sempre iguais Quando o débito cardíaco e o retorno venoso são colocados em gráfico simultaneamente como função da pressão atrial direita eles se cruzam em valor único da pressão atrial direita Fig 426 Com esse valor de pressão de átrio direito o débito cardíaco é igual ao retorno venoso e por definição é o ponto de funcionamento do estado estável do sistema Esse valor de pressão de átrio direito satisfaz as relações do débito cardíaco e do retorno venoso A combinação dessas curvas fornece instrumento útil para prever as alterações no débito cardíaco que irão ocorrer quando vários parâmetros cardiovasculares são alterados O débito cardíaco pode ser alterado por variações da curva de função cardíaca por alterações da curva de função vascular ou por alterações simultâneas em ambas as curvas A premissa básica dessa abordagem é que após essa mudança o sistema vai passar para novo estado estável Nesse novo estado estável o ponto de funcionamento em que as curvas da função cardíaca e vascular cruzam terá mudado Esse novo ponto de funcionamento diz que o novo débito cardíaco e o novo retorno venoso estão no novo estado estável Alterações do débito cardíaco podem ser produzidas por qualquer um dos seguintes mecanismos 1 efeitos inotrópicos positivos ou negativos que alteram a curva de função cardíaca 2 mudanças do volume sanguíneo ou da complacência venosa que alteram a curva de função vascular alterando a pressão sistêmica média e 3 alterações da RPT que alteram tanto as curvas de função cardíaca como a vascular Efeitos Inotrópicos Os agentes inotrópicos alteram a curva da função cardíaca Fig 428 Lembrese de que agentes inotrópicos positivos causam aumento na contratilidade para determinado volume diastólico final ou pressão atrial direita e agentes inotrópicos negativos produzem redução da contratilidade 291 FIGURA 428 Efeitos de agentes inotrópicos positivos A e agentes inotrópicos negativos B sobre as curvas das funções cardíaca e vascular As linhas contínuas mostram as relações normais e as linhas tracejadas mostram as mudanças O círculo que intersecta a linha tracejada mostra o novo ponto de funcionamento no estado estável O efeito de um agente inotrópico positivo p ex ouabaína digitálicos ou digoxina na curva da função cardíaca é mostrado na Figura 428A Agentes inotrópicos positivos produzem aumento da contratilidade aumento do volume sistólico e aumento do débito cardíaco para qualquer nível de pressão atrial direita Assim a curva da função cardíaca se desloca para cima mas a curva de função vascular não é afetada O ponto de intersecção o ponto de estado estável das duas curvas agora se deslocou para cima e para a esquerda No novo estado estável o débito cardíaco aumenta e a pressão atrial direita é reduzida A redução na pressão atrial direita reflete o fato de que mais sangue é ejetado do coração a cada batimento como resultado do aumento da contratilidade e aumento do volume sistólico A Figura 428B mostra o efeito de um agente inotrópico negativo O efeito é exatamente o oposto ao de agente inotrópico positivo ocorre diminuição da contratilidade e diminuição do débito cardíaco para qualquer nível de pressão atrial direita A curva da função cardíaca se desloca para baixo e a curva da função vascular permanece inalterada No novo estado estável o débito cardíaco é reduzido e a pressão atrial direita é aumentada A pressão atrial direita é aumentada porque menos sangue é ejetado do coração a cada batimento devido à redução da contratilidade e à redução do volume sistólico Efeitos das Alterações no Volume Sanguíneo As alterações do volume sanguíneo afetam a pressão sistêmica média e assim alteram a curva de função vascular Fig 429 292 FIGURA 429 Efeitos do aumento do volume sanguíneo A e diminuição do volume sanguíneo B nas curvas de função cardíaca e vascular As linhas contínuas mostram as relações normais e as linhas tracejadas mostram as mudanças O círculo que intersecta a linha tracejada mostra o novo ponto de funcionamento no estado estável Os efeitos do aumento do volume sanguíneo p ex transfusão são mostrados na Figura 429A O aumento do volume sanguíneo aumenta a quantidade de sangue no volume estressado e por conseguinte aumenta a pressão sistêmica média A pressão sistêmica média é o ponto na curva de função vascular onde o retorno venoso é zero O aumento do volume sanguíneo muda esse ponto de intersecção para a direita e portanto desloca a curva para a direita de modo paralelo A mudança é paralela pois não ocorre alteração simultânea da RPT o que determina a inclinação da curva da função vascular No novo estado estável as curvas da função cardíaca e vascular se cruzam em novo ponto em que o débito cardíaco é aumentado e a pressão atrial direita é aumentada Os efeitos da redução do volume sanguíneo p ex hemorragia são mostrados na Figura 429B A diminuição do volume sanguíneo diminui a quantidade de sangue no volume estressado e a pressão sistêmica média o que desloca a curva de função vascular para a esquerda de modo paralelo No novo estado estável o débito cardíaco é reduzido e a pressão atrial direita é reduzida Alterações da complacência venosa produzem efeitos semelhantes aos produzidos por variações do volume sanguíneo Reduções da complacência venosa causam deslocamento do sangue para fora do volume não estressado e para o volume estressado produzindo alterações semelhantes às causadas pelo aumento do volume sanguíneo o deslocamento paralelo para a direita Da mesma forma o aumento na complacência venosa causa desvio do sangue para o volume não estressado e para fora do volume estressado produzindo alterações semelhantes às causadas pela redução do volume sanguíneo deslocamento paralelo para a esquerda Efeitos das Alterações na Resistência Periférica Total 293 Alterações na RPT refletem as alterações no grau de constrição das arteríolas Tais mudanças alteram o grau em que o sangue é mantido no lado arterial da circulação ie no volume estressado Assim as alterações da RPT alteram tanto a pressão arterial como o retorno venoso ao coração Por exemplo o aumento na RPT ao restringir o fluxo sanguíneo para fora das artérias produz aumento da pressão arterial e concomitantemente diminuição do retorno venoso Os efeitos das variações da RPT sobre as curvas da função cardíaca e vascular são portanto mais complicados do que os produzidos por variações da contratilidade ou do volume sanguíneo As variações da RPT alteram ambas as curvas a curva da função cardíaca se altera por causa de uma alteração na póscarga pressão arterial e a curva da função vascular muda por causa de uma alteração no retorno venoso Fig 430 FIGURA 430 Efeitos do aumento da resistência periférica total RPT A e diminuição da RPT B nas curvas de função cardíaca e vascular As linhas contínuas mostram as relações normais e as linhas tracejadas mostram as mudanças O círculo que intersecta a linha tracejada mostra o novo ponto de funcionamento no estado estável Os efeitos do aumento da RPT ie constrição das arteríolas são mostrados na Figura 430A 1 Aumento da RPT causa aumento na pressão arterial por manter o sangue nas artérias Esse aumento da pressão arterial produz aumento da póscarga no coração o que diminui o débito cardíaco A curva da função cardíaca se desvia para baixo como resultado da póscarga aumentada 2 O aumento da RPT produz rotação no sentido antihorário da curva da função vascular Essa rotação significa que menos sangue retorna ao coração para determinada pressão atrial direita o retorno venoso é reduzido 3 A combinação dessas duas mudanças é mostrada na Figura 430A As curvas se cruzam em um novo ponto de estado estável no qual tanto o débito cardíaco quanto o retorno venoso estão reduzidos Na figura a pressão atrial direita é mostrada como inalterada Na verdade o efeito do aumento da RPT na pressão atrial direita não é facilmente previsível pois a RPT 294 tem efeitos distintos nas curvas de função cardíaca e vascular O aumento da RPT diminui o débito cardíaco o que aumenta a pressão atrial direita menos sangue é bombeado para fora do coração E o aumento de RPT diminui o retorno venoso que diminui a pressão atrial direita menos fluxo de volta para o coração Dependendo da amplitude relativa dos efeitos sobre as curvas de função cardíaca e vascular a pressão atrial direita pode ser ligeiramente aumentada ligeiramente reduzida ou inalterada A figura a mostra como inalterada posição mais fácil Os efeitos da redução da RPT ie dilatação das arteríolas são mostrados na Figura 430B 1 Redução da RPT causa diminuição da pressão arterial e diminuição na póscarga fazendo com que a curva da função cardíaca se desvie para cima 2 A redução da RPT produz rotação no sentido horário da curva de função vascular o que significa que mais sangue retorna para o coração para determinada pressão atrial direita o retorno venoso é aumentado As curvas cruzam em novo ponto de estado estável no qual tanto o débito cardíaco como o retorno venoso estão aumentados Na figura a pressão atrial direita é mostrada como inalterada No entanto o efeito final da redução da RPT sobre a pressão atrial direita não é previsível porque a mudança na RPT tem diferentes efeitos direcionais nas curvas de função cardíaca e vascular A redução da RPT aumenta o débito cardíaco o que diminui a pressão atrial direita mais sangue é bombeado para fora do coração E a diminuição da RPT aumenta o retorno venoso o que aumenta a pressão atrial direita aumento do fluxo de volta para o coração Dependendo da amplitude relativa desses efeitos a pressão atrial direita pode ser ligeiramente aumentada ligeiramente reduzida ou inalterada Na figura é mostrada como a mais fácil ou inalterada Regulação da pressão arterial A função geral do sistema cardiovascular é a de distribuir sangue para os tecidos de modo que O2 e nutrientes possam ser fornecidos e os resíduos eliminados O fluxo sanguíneo para os tecidos é impulsionado pela diferença de pressão entre os lados arterial e venoso da circulação A pressão arterial média Pa é a força motriz para o fluxo sanguíneo e deve ser mantida em nível elevado e constante de aproximadamente 100 mmHg Devido à disposição paralela das artérias com origem na aorta a pressão na artéria principal que serve cada órgão é igual à Pa O fluxo sanguíneo para cada órgão é então regulado de maneira independente alterando a resistência das suas arteríolas por meio de mecanismos locais de controle Os mecanismos que ajudam a manter a Pa em valor constante são discutidos nesta seção A base para essa regulação pode ser observada examinandose a equação para Pa 295 onde Pa Pressão arterial média mmHg Débito cardíaco Débito cardíaco mLmin RPT Resistência periférica total mmHgmLmin Observe que a equação para Pa é simplesmente uma variação da equação familiar para pressão fluxo e resistência utilizados antes neste capítulo A inspeção da equação revela que Pa pode ser modificada variando o débito cardíaco ou qualquer de seus parâmetros variando a RPT ou qualquer de seus parâmetros ou variando tanto a frequência cardíaca como a RPT Fique ciente de que essa equação é enganosamente simples porque o débito cardíaco e a RPT não são variáveis independentes Em outras palavras as variações da RPT podem alterar o débito cardíaco e variações no débito cardíaco podem alterar a RPT Portanto não se pode afirmar que se a RPT duplica a Pa também duplica Na verdade quando a RPT duplica o débito cardíaco é simultaneamente quase reduzido à metade e a Pa vai aumentar apenas ligeiramente Da mesma maneira não se pode afirmar que se o débito cardíaco for reduzido à metade a Pa também será reduzida à metade Pelo contrário se o débito cardíaco for reduzido à metade ocorre aumento compensatório da RPT e a Pa irá diminuir mas não será reduzida à metade Esta seção discute os mecanismos responsáveis pela manutenção do valor constante para a pressão arterial Esses mecanismos monitoram rigorosamente a Pa e a comparam com o valor prefixado ponto fixo de aproximadamente 100 mmHg Se a Pa aumenta acima do prefixado ou diminui abaixo dele o sistema cardiovascular faz ajustes do débito cardíaco na RPT ou em ambos na tentativa de retornar a Pa para o valor estabelecido A Pa é regulada por dois sistemas principais O primeiro sistema é neuromediado e conhecido como reflexo barorreceptor O reflexo barorreceptor tenta restaurar a Pa para seu valor prefixado em questão de segundos O segundo sistema é hormonalmente mediado e inclui o sistema reninaangiotensinaaldosterona que regula a Pa mais lentamente principalmente pelo seu efeito sobre o volume de sangue Reflexo Barorreceptor Os mecanismos barorreceptores são reflexos neuromediados rápidos que tentam manter a pressão arterial constante por variações dos efeitos dos sistemas nervosos simpático e parassimpático para o coração e para os vasos sanguíneos Fig 431 Sensores de pressão os barorreceptores estão localizados nas paredes do seio carotídeo e do arco aórtico e transmitem informações sobre a pressão arterial para os centros vasomotores cardiovasculares no tronco encefálico Os centros vasomotores por sua vez coordenam mudanças nos efeitos do sistema nervoso autônomo para realizar a correção desejada da Pa Assim o arco reflexo consiste em sensores de 296 pressão arterial neurônios aferentes que levam as informações para o tronco encefálico centros do tronco encefálico que processam as informações e coordenam a resposta adequada e neurônios eferentes que direcionam as variações para o coração e os vasos sanguíneos FIGURA 431 Resposta do reflexo barorreceptor ao aumento da pressão arterial O símbolo indica aumento na atividade o símbolo indica redução na atividade as linhas tracejadas mostram as vias inibitórias Barorreceptores Os barorreceptores ficam localizados nas paredes do seio carotídeo onde a artéria carótida comum se bifurca para formar as artérias carótidas interna e externa e no arco aórtico Os barorreceptores do seio carotídeo são reativos aos aumentos ou diminuições da pressão arterial enquanto os barorreceptores do arco aórtico são principalmente sensíveis aos aumentos da pressão arterial Os barorreceptores são mecanorreceptores sensíveis à pressão ou ao estiramento Assim variações da pressão arterial causam maior ou menor estiramento nos mecanorreceptores resultando em alteração do seu potencial de membrana Variação como essa no potencial de membrana é chamada potencial receptor que aumenta ou diminui a probabilidade de que os potenciais de ação sejam disparados nos nervos aferentes que trafegam dos barorreceptores para o tronco encefálico Se o potencial receptor for despolarizante então a frequência do potencial de ação aumenta se o potencial receptor for hiperpolarizante a frequência do potencial de ação diminui 297 Aumento da pressão arterial causa aumento do estiramento dos barorreceptores e aumento da frequência de disparo dos nervos aferentes Reduções na pressão arterial causam redução do estiramento nos barorreceptores e redução da frequência de disparo nos nervos aferentes Embora os barorreceptores sejam sensíveis ao nível absoluto de pressão eles são ainda mais sensíveis às variações de pressão e a velocidade de variação da pressão O estímulo mais forte para o barorreceptor é a mudança rápida na pressão arterial A sensibilidade dos barorreceptores pode ser alterada por doença Por exemplo na hipertensão arterial crônica pressão arterial elevada os barorreceptores não veem a pressão arterial elevada como anormal Nesses casos a hipertensão será mantida em vez de corrigida pelo reflexo barorreceptor O mecanismo desse defeito é a diminuição da sensibilidade dos barorreceptores a aumentos na pressão arterial ou um aumento referenciado ponto fixo da pressão arterial nos centros do tronco encefálico Informações dos barorreceptores do seio carotídeo são transportadas para o tronco encefálico pelo nervo do seio carotídeo que se junta ao nervo glossofaríngeo nervo craniano NC IX Informações dos barorreceptores do arco aórtico são transportadas para o tronco encefálico pelo nervo vago NC X Centros Cardiovasculares do Tronco Cerebral Os centros cardiovasculares do tronco cerebral estão localizados na formação reticular da medula e no terço inferior da ponte Esses centros funcionam de modo coordenado recebendo informações sobre a pressão arterial dos barorreceptores e em seguida direcionando as alterações nos eferentes dos sistemas nervosos simpático e parassimpático para corrigir a pressão arterial conforme necessário Como descrito a pressão arterial é sentida por barorreceptores no seio carotídeo e arco aórtico As informações aferentes sobre a pressão arterial são então enviadas ao bulbo pelos nervos glossofaríngeo NC IX e vago NC X Essas informações são integradas no núcleo do trato solitário que então direciona as mudanças da atividade de vários centros cardiovasculares Esses centros cardiovasculares são tonicamente ativos e o núcleo do trato solitário simplesmente direciona por esses centros os aumentos ou diminuições no fluxo eferente dos sistemas nervosos simpático e parassimpático O fluxo eferente parassimpático é o efeito parassimpático do nervo vago no nodo SA para diminuir a frequência cardíaca O fluxo simpático tem quatro componentes um efeito sobre o nodo SA para aumentar a frequência cardíaca um efeito sobre o músculo cardíaco para aumentar a contratilidade e volume sistólico um efeito sobre as arteríolas para produzir vasoconstrição e aumentar a RPT e um efeito sobre as veias para produzir venoconstrição e diminuir o volume não estressado Os centros do tronco encefálico cardiovascular são os seguintes Função Integrada do Reflexo Barorreceptor A função do reflexo barorreceptor pode ser ilustrada por meio do exame de sua 298 resposta a aumento da pressão arterial como se segue Fig 431 1 O aumento da Pa é detectado pelos barorreceptores no seio carotídeo e no arco aórtico Esse aumento da pressão resulta aumento da frequência de disparo do nervo do seio carotídeo nervo glossofaríngeo NC IX e em fibras aferentes do nervo vago NC X 2 As fibras dos nervos glossofaríngeo e vago fazem sinapse no núcleo do trato solitário do bulbo onde transmitem informações sobre a pressão arterial Neste exemplo a Pa detectada pelos barorreceptores é superior ao valor de referência da pressão no bulbo 3 O núcleo do trato solitário orienta uma série de respostas coordenadas utilizando os centros bulbares cardiovasculares para reduzir a Pa de volta ao normal Essas respostas incluem um aumento no fluxo parassimpático para o coração e uma diminuição no fluxo simpático para o coração e os vasos sanguíneos 4 O aumento da atividade parassimpática para o nodo SA pelo nervo vago resulta em redução da frequência cardíaca A diminuição da atividade simpática para o nodo SA complementa o aumento da atividade parassimpática e também diminui a frequência cardíaca A atividade simpática reduzida também diminui a contratilidade cardíaca Juntos a frequência cardíaca reduzida e a contratilidade cardíaca reduzida produzem diminuição do débito cardíaco que tende a reduzir a Pa de volta ao normal Lembrese de que a Pa Débito Cardíaco RPT A redução da atividade simpática também afeta o tônus dos vasos sanguíneos Primeiro ocorre diminuição da constrição das arteríolas ou vasodilatação arteriolar o que diminui a RPT e reduz a Pa De novo lembrese de que a Pa Débito Cardíaco RPT Em segundo lugar ocorre redução da constrição das veias o que aumenta a complacência das veias aumentando assim o volume não estressado Quando o volume não estressado aumenta o volume estressado diminui o que contribui ainda mais para a redução na Pa 5 Quando estes reflexos coordenados reduzem a Pa de volta para a pressão de referência ie 100 mmHg então a atividade dos barorreceptores e dos centros do tronco encefálico cardiovasculares retornarão ao nível tônico basal Resposta do Reflexo Barorreceptor à Hemorragia Um segundo exemplo do funcionamento do reflexo barorreceptor é a resposta à perda de volume sanguíneo ou hemorragia A hemorragia produz diminuição da Pa porque à medida que diminui o volume sanguíneo o volume estressado também diminui Fig 427 Em resposta à redução aguda da Pa o reflexo barorreceptor é ativado e tenta restabelecer a pressão arterial de volta ao normal Fig 432 299 FIGURA 432 Resposta do reflexo barorreceptor à hemorragia aguda O reflexo é iniciado pela redução da pressão arterial média Pa As respostas compensatórias tentam aumentar a Pa de volta ao normal RPT Resistência periférica total As respostas do reflexo barorreceptor à redução da Pa são exatamente o oposto das descritas anteriormente para a resposta ao aumento da Pa Reduções da Pa produzem redução do estiramento nos barorreceptores e diminuição da frequência de disparo do nervo do seio carotídeo Essa informação é recebida no núcleo do trato solitário do bulbo o que produz redução coordenada da atividade parassimpática no coração e aumento da atividade simpática para o coração e os vasos sanguíneos A frequência cardíaca e a contratilidade aumentam o que em conjunto produz aumento do débito cardíaco Ocorre aumento da constrição das arteríolas que produz aumento na RPT e aumento da constrição das veias o qual diminui o volume não estressado A constrição das veias aumenta o retorno venoso contribuindo para o aumento do débito cardíaco mecanismo de Frank Starling 300 Teste do Reflexo Barorreceptor Manobra de Valsalva A integridade do reflexo barorreceptor pode ser testada com a manobra de Valsalva que consiste em expirar contra a glote fechada como durante a tosse a defecação ou o levantamento de peso Quando a pessoa expira contra a glote fechada ocorre aumento da pressão intratorácica e diminui o retorno venoso para o coração Essa diminuição do retorno venoso produz redução do débito cardíaco mecanismo de FrankStarling e consequente redução da pressão arterial Se o reflexo barorreceptor estiver intacto a diminuição da pressão arterial é sentida pelos barorreceptores e o núcleo do trato solitário comanda aumento do fluxo simpático e a diminuição do fluxo parassimpático para o coração e vasos sanguíneos No teste observase aumento da frequência cardíaca Quando a pessoa interrompe a manobra há aumento do rebote do retorno venoso do débito cardíaco e da pressão arterial O aumento da pressão arterial é sentido pelos barorreceptores e eles comandam a redução da frequência cardíaca Sistema ReninaAngiotensina IiAldosterona O sistema reninaangiotensina IIaldosterona regula a Pa principalmente pela regulação do volume sanguíneo Esse sistema é muito mais lento do que o reflexo barorreceptor por ser hormonalmente e não neuralmente mediado O sistema reninaangiotensina IIaldosterona é ativado em resposta à diminuição da Pa A ativação desse sistema por sua vez produz série de respostas que tentam restaurar a pressão arterial até o normal Esse mecanismo mostrado na Figura 433 tem as seguintes etapas 301 FIGURA 433 Sistema reninaangiotensina IIaldosterona O sistema é descrito em termos da resposta à diminuição da Pa RPT Resistência periférica total 1 A diminuição da Pa causa diminuição da pressão da perfusão renal percebida pelos mecanorreceptores nas arteríolas aferentes do rim A diminuição da Pa faz com que a prórenina seja convertida em renina nas células justaglomerulares por mecanismos ainda não totalmente compreendidos A secreção de renina pelas células justaglomerulares também é aumentada por estimulação dos nervos simpáticos renais e por agonistas do β1 como o isoproterenol a secreção de renina é reduzida pelos antagonistas de β1 como o propranolol 2 A renina é uma enzima No plasma a renina catalisa a conversão de angiotensinogênio substrato da renina em angiotensina I um decapeptídeo A 302 angiotensina I tem pouca atividade biológica além de servir como precursor para a angiotensina II 3 Nos pulmões e rins a angiotensina I é convertida em angiotensina II catalisada pela enzima conversora de angiotensina ECA Inibidores da enzima conversora de angiotensina iECA como o captopril bloqueiam a produção de angiotensina II e todas as suas ações fisiológicas 4 A angiotensina II é um octapeptídeo com as seguintes ações biológicas no córtex suprarrenal músculo liso vascular rins e cérebro onde ativa receptores Tipo 1 de angiotensina II acoplados à proteína G receptores AT1 Os inibidores dos receptores AT1 tais como losartan bloqueiam as ações da angiotensina II ao nível dos tecidosalvo A angiotensina II atua sobre as células da zona glomerulosa do córtex suprarrenal estimulando a síntese e a secreção de aldosterona A aldosterona em seguida atua sobre as células principais do túbulo renal distal e ducto coletor aumentando a reabsorção de Na e consequentemente aumentando o volume de LEC e volume sanguíneo As ações da aldosterona exigem a transcrição de genes e a síntese de novas proteínas no rim Esses processos requerem horas ou dias para ocorrer e são responsáveis pelo longo tempo de resposta do sistema reninaangiotensina IIaldosterona A angiotensina II também tem a sua própria ação direta sobre o rim independente de suas ações por meio da aldosterona A angiotensina II estimula a troca NaH no túbulo proximal renal proximal e aumenta a reabsorção de Na e de HCO3 A angiotensina II atua sobre o hipotálamo aumentando a sede e a ingestão de água Ela também estimula a secreção do hormônio antidiurético que aumenta a reabsorção de água nos ductos coletores Ao aumentar a água corporal total esses efeitos complementam o aumento da reabsorção de Na causados pela aldosterona e pela troca de NaH aumentando o volume de LEC o volume sanguíneo e a pressão arterial A angiotensina II também atua diretamente sobre as arteríolas ligandose a receptores acoplados à proteína G e ativam um sistema de segundo mensageiro IP3Ca2 para provocar a vasoconstrição O aumento resultante na RPT leva a um aumento na Pa Em resumo a diminuição da Pa ativa o sistema reninaangiotensina IIaldosterona produzindo conjunto de respostas que tentam aumentar a Pa de volta ao normal A mais importante dessas respostas é o efeito da aldosterona para aumentar a reabsorção renal de Na Quando a reabsorção de Na é aumentada a concentração extracelular de Na aumenta o que aumenta o volume de LEC e volume sanguíneo O aumento do volume sanguíneo produz aumento do retorno venoso e pelo mecanismo de FrankStarling aumento do débito cardíaco O aumento do débito cardíaco produz aumento na Pa Existe também efeito direto da angiotensina II na constrição das arteríolas aumentando a RPT e contribuindo para o aumento da Pa Quadro 42 303 Quadro 42 F isiologia C línica H ipertensão Vascular R enal Descrição do caso Mulher de 65 anos procura seu médico queixandose de não se sentir bem e de diminuição da urina Sua pressão arterial diastólica está elevada em 115 mmHg e ela tem sopros sons abdominais Ela é imediatamente internada no hospital e é submetida a um exame para detecção de hipertensão Os exames laboratoriais revelaram as seguintes informações sua pressão sanguínea continua perigosamente elevada e sua filtração glomerular FG está significativamente reduzida 30 mLmin Há suspeita de doença renal vascular A angiografia renal apresenta 90 de estenose da artéria renal direita A atividade de renina plasmática está elevada e os níveis de renina são muito mais elevados no sangue venoso renal direito do que no sangue venoso renal esquerdo Tentativa de dilatar a artéria renal com angioplastia foi malsucedida A mulher é tratada com captopril um inibidor da ECA Explicação do caso A mulher tem estenose da artéria renal direita o que reduz o fluxo sanguíneo para o rim direito Os sopros abdominais são ouvidos porque o fluxo sanguíneo pela artéria renal estenosada é turbulento ie o número de Reynolds está aumentado Como resultado da diminuição do fluxo sanguíneo renal sua FG e seu débito urinário são reduzidos A hipertensão da mulher é secundária à redução do fluxo sanguíneo renal A pressão de perfusão renal para o rim direito está significativamente diminuída O rim direito pensa que a pressão arterial é baixa e que é necessário aldosterona Assim a secreção de renina pelo rim direito aumenta o que resulta em níveis de renina na veia renal direita maiores do que na veia renal esquerda O aumento da atividade de renina circulante resulta em aumento da produção de angiotensina II e de aldosterona A angiotensina II causa vasoconstrição das arteríolas o que eleva a RPT e a pressão arterial média A aldosterona aumenta a reabsorção renal de Na elevando a concentração extracelular de Na o volume do LEC e o volume sanguíneo O aumento do volume sanguíneo leva ao aumento da pressão arterial diastólica Tratamento Como a tentativa de dilatar a artéria renal estenosada não foi bemsucedida a mulher é tratada com um inibidor da ECA para interromper o ciclo que produziu a hipertensão ie para bloquear a conversão da angiotensina I em angiotensina II Embora o rim direito continue a secretar altos níveis de renina e a atividade da renina plasmática continue a ser elevada a angiotensina II não será produzida se a enzima de conversão da angiotensina for inibida Da mesma maneira a secreção de aldosterona vai diminuir e a reabsorção de Na também irá diminuir 304 Outros Mecanismos Reguladores Além do reflexo barorreceptor e do sistema renina angiotensina IIaldosterona outros mecanismos que podem auxiliar na regulação da pressão arterial média incluem quimiorreceptores para O2 nos corpos carotídeo e aórtico quimiorreceptores para CO2 no cérebro hormônio antidiurético e peptídeo natriurético atrial Quimiorreceptores Periféricos em Corpos Carotídeos e Aórticos Os quimiorreceptores periféricos para O2 estão localizados nos corpos carotídeos próximos da bifurcação das artérias carótidas comuns e nos corpos aórticos ao longo do arco aórtico Os corpos carotídeos e aórticos têm fluxo arterial elevado e os seus quimiorreceptores são essencialmente sensíveis às reduções da pressão parcial de O2 Po2 Os quimiorreceptores também são sensíveis aos aumentos da pressão parcial de CO2 Pco2 e reduções do pH principalmente quando Po2 é simultaneamente reduzida Em outras palavras a resposta dos quimiorreceptores periféricos à Po2 arterial é maior quando Pco2 está aumentada ou o pH está reduzido Quando a Po2 arterial diminui ocorre aumento da frequência de disparo dos nervos aferentes dos corpos carotídeo e aórtico que ativa os centros de vasoconstrição simpática Como resultado ocorre vasoconstrição arteriolar nos leitos vasculares do músculo esquelético renais e esplâncnicos Além disso ocorre aumento do fluxo parassimpático para o coração que produz diminuição transitória da frequência cardíaca Contudo a redução da frequência cardíaca é apenas transitória porque esses quimiorreceptores periféricos são os principais envolvidos no controle da respiração Cap 5 A diminuição da Po2 arterial também produz aumento da ventilação que diminui de modo independente o fluxo parassimpático para o coração o que aumenta a frequência cardíaca reflexo da insuflação do pulmão Quimiorreceptores Centrais O cérebro é intolerante às reduções do fluxo sanguíneo e portanto não é de se estranhar que os quimiorreceptores estejam localizados no bulbo propriamente dito Esses quimiorreceptores são mais sensíveis ao CO2 e ao pH e menos sensíveis ao O2 Mudanças da Pco2 ou do pH estimulam os quimiorreceptores bulbares que então direcionam as mudanças no fluxo de saída dos centros bulbares cardiovasculares O reflexo que envolve os quimiorreceptores cerebrais funciona da seguinte maneira Se o cérebro fica isquêmico ie há diminuição do fluxo sanguíneo cerebral a Pco2 cerebral imediatamente aumenta e o pH diminui Os quimiorreceptores bulbares detectam essas mudanças e levam a aumento do fluxo simpático que provoca intensa vasoconstrição arteriolar em muitos leitos vasculares e aumento da RPT O fluxo sanguíneo é assim redirecionado para o cérebro para manter sua perfusão Como 305 resultado dessa vasoconstrição Pa aumenta drasticamente até mesmo para níveis quase fatais A reação de Cushing ilustra o papel dos quimiorreceptores cerebrais na manutenção do fluxo sanguíneo cerebral Quando aumenta a pressão intracraniana p ex tumores ferimentos na cabeça ocorre compressão das artérias cerebrais o que resulta em diminuição da perfusão cerebral Ocorre aumento imediato da Pco2 e decréscimo do pH pois CO2 gerado a partir do tecido cerebral não é adequadamente removido pelo fluxo sanguíneo Os quimiorreceptores bulbares respondem a essas mudanças na Pco2 e no pH direcionando o aumento do fluxo simpático para os vasos sanguíneos De novo o efeito global das mudanças é aumentar a RPT e aumentar drasticamente a Pa Hormônio Antidiurético O hormônio antidiurético ADH hormônio secretado pelo lobo posterior da hipófise regula a osmolaridade do líquido extracelular e participa da regulação da pressão arterial Existem dois tipos de receptores de ADH Receptores V1 presentes no músculo liso vascular e receptores V2 presentes nas principais células dos ductos coletores renais Quando ativados os receptores V1 causam vasoconstrição das arteríolas e aumento da RPT Os receptores V2 estão envolvidos na reabsorção de água nos ductos coletores e na manutenção da osmolaridade do líquido extracelular A secreção de ADH pela hipófise posterior é aumentada por dois tipos de estímulos pelos aumentos da osmolaridade sérica e pela diminuição do volume de sangue e da pressão arterial O mecanismo de pressão arterial é discutido neste momento e a osmorregulação é discutida no Capítulo 6 Barorreceptores Cardiopulmonares Baixa Pressão Além dos barorreceptores de alta pressão que regulam a pressão arterial ie reflexo barorreceptor existem também barorreceptores de baixa pressão localizados nas veias átrios e artérias pulmonares Esses chamados barorreceptores cardiopulmonares detectam as variações do volume sanguíneo ou a plenitude do sistema vascular Eles estão localizados no lado venoso da circulação que é onde a maior parte do volume sanguíneo é mantida Por exemplo quando ocorre aumento do volume sanguíneo o aumento resultante da pressão venosa e atrial é detectado pelos barorreceptores cardiopulmonares A função dos barorreceptores cardiopulmonares é então coordenada para fazer retornar o volume sanguíneo ao normal principalmente pelo aumento da excreção de Na e água As respostas ao aumento no volume de sangue incluem o seguinte Aumento da secreção do peptídeo natriurético atrial PNA O PNA é secretado pelos átrios em resposta ao aumento da pressão atrial O PNA tem efeitos múltiplos mas o mais importante é provocar o relaxamento da musculatura lisa vascular do que resulta vasodilatação e diminuição da RPT Nos rins essa vasodilatação leva ao aumento da excreção de Na e água diminuindo assim a 306 concentração extracelular de Na o volume de LEC e o volume sanguíneo Redução da secreção de ADH Receptores de pressão nos átrios também se projetam para o hipotálamo onde os corpos celulares dos neurônios que secretam ADH estão localizados Em resposta ao aumento da pressão atrial a secreção de ADH é inibida e como consequência ocorre diminuição da reabsorção de água nos ductos coletores resultando em aumento da excreção de água Vasodilatação renal Ocorre inibição da vasoconstrição simpática nas arteríolas renais levando à vasodilatação renal e ao aumento da excreção de Na e água complementando a ação do ANP sobre os rins Aumento da frequência cardíaca Informações dos receptores atriais de baixa pressão trafegam pelo nervo vago até o núcleo do trato solitário assim como as informações dos receptores arteriais de alta pressão envolvidos no reflexo barorreceptor A diferença reside na resposta dos centros bulbares cardiovasculares para os receptores de baixa e alta pressão Enquanto o aumento nos receptores arteriais de alta pressão produz diminuição da frequência cardíaca tentando diminuir a pressão arterial de volta ao normal o aumento da pressão nos receptores venosos de baixa pressão produz aumento da frequência cardíaca reflexo de Bainbridge Os receptores atriais de baixa pressão sentindo que o volume sanguíneo está demasiado elevado produzem aumento da frequência cardíaca e portanto aumento do débito cardíaco o aumento do débito cardíaco leva ao aumento da perfusão renal e aumento da excreção de Na e de água Microcirculação O termo microcirculação referese às funções dos vasos sanguíneos menores capilares e vasos linfáticos circunvizinhos A distribuição do sangue para e dos capilares é extremamente importante porque os capilares são o local de troca de nutrientes e resíduos nos tecidos bem como o local de troca de líquido entre os compartimentos vascular e intersticial A anatomia dos leitos capilares foi discutida antes Fazendo breve revisão o sangue é distribuído para os leitos capilares pelas arteríolas Os capilares se fundem com as vênulas que transportam o sangue efluente dos tecidos para as veias Os capilares são o local de troca de nutrientes resíduos e líquidos Os capilares têm paredes finas e são compostos por camada única de células endoteliais com fissuras cheias de água entre as células O grau de constrição ou relaxamento das arteríolas afeta de maneira acentuada o fluxo sanguíneo para os capilares além de determinar a RPT Os capilares em si se ramificam em metarteríolas uma faixa de músculo liso chamada esfíncter précapilar precede os capilares Os esfíncteres précapilares funcionam como interruptores ao abrir ou fechar esses interruptores determinam o fluxo de sangue para o leito capilar Troca de Substâncias através da Parede Capilar A troca de gases e solutos através da parede capilar ocorre por difusão simples 307 Alguns solutos podem difundirse através das células endoteliais e outros devem difundirse por entre as células Em geral a via para a difusão depende de se o soluto ou gás é lipossolúvel Gases como o O2 e CO2 são altamente lipossolúveis Esses gases atravessam facilmente a parede capilar por difusão através das células endoteliais a difusão é impulsionada pelo gradiente de pressão parcial do gás isoladamente Lembrese de que a intensidade da difusão depende da força motriz no caso do O2 e CO2 a diferença de pressão parcial para o gás e a área de superfície disponível para difusão Assim quanto maior o número de capilares abertos maior será a área de superfície para difusão As substâncias hidrossolúveis como a própria água íons glicose e aminoácidos não são lipossolúveis portanto não podem atravessar as membranas das células endoteliais A difusão de substâncias hidrossolúveis limitase às fendas aquosas entre as células endoteliais daí a área de superfície para a sua difusão é muito menor do que para os gases lipossolúveis De longe o mais importante mecanismo para a transferência de líquidos através da parede capilar é a osmose orientada por pressões hidrostática e osmótica Essas pressões são chamadas pressões de Starling ou forças de Starling As proteínas geralmente são demasiado grandes para atravessar as paredes capilares pelas fendas entre as células endoteliais e são retidas no compartimento vascular Em alguns tecidos como o cérebro as fendas são particularmente fechadas e pouca proteína deixa esses capilares No rim e no intestino os capilares são fenestrados ou perfurados o que permite a passagem de quantidades limitadas de proteína Em outros capilares as proteínas podem atravessar por vesículas pinocitóticas Troca de Líquidos através dos Capilares O movimento de líquido por osmose é descrito no Capítulo 1 Resumidamente o líquido irá fluir por osmose através de membrana biológica ou das paredes dos capilares se a membrana tiver poros aquosos ie possibilita a passagem da água e se houver diferença de pressão através da membrana A diferença de pressão pode ser diferença de pressão hidrostática diferença de pressão osmótica eficaz ou combinação de pressões hidrostáticas e osmóticas eficazes Nos capilares o movimento do líquido é impulsionado pela soma das pressões hidrostática e osmótica efetivas Lembrese de que solutos com coeficientes de reflexão de 10 contribuem mais para a pressão osmótica efetiva Quando o coeficiente de reflexão é de 10 o soluto não consegue atravessar a membrana e exerce sua pressão osmótica total No sangue capilar apenas as proteínas contribuem para a pressão osmótica efetiva pois é o único soluto cujo coeficiente de reflexão na parede capilar é de aproximadamente 10 A pressão osmótica efetiva contribuída pela proteína é chamada pressão coloidosmótica ou pressão oncótica Equação de Starling 308 O movimento do líquido através da parede capilar é impulsionado pelas pressões de Starling através dessa parede e é descrito pela equação de Starling como segue onde Jv Movimento do líquido mLmin Kf Condutância hidráulica mLmin mmHg Pc Pressão hidrostática capilar mmHg Pi Pressão hidrostática intersticial mmHg πc Pressão oncótica capilar mmHg πi Pressão oncótica intersticial mmHg A equação de Starling afirma que o movimento do líquido Jv através da parede capilar é determinado pela pressão efetiva de líquido através da parede que é a soma das pressões hidrostática e oncótica A direção do movimento de líquidos pode ser para dentro ou para fora do capilar Quando o movimento líquido efetivo é para fora dos capilares em direção ao líquido intersticial é chamado de filtração quando o movimento líquido efetivo é a partir do interstício para o capilar é chamado de absorção A intensidade do movimento do líquido é determinada pela condutância hidráulica Kf permeabilidade da água da parede capilar A condutância hidráulica determina a quantidade do movimento do líquido que será produzida para determinada diferença de pressão A Figura 434 é representação pictórica das pressões de Starling Cada uma das quatro pressões de Starling está representada por seta A direção da seta indica se essa pressão favorece a filtração pelo capilar ou a absorção para o capilar O tamanho da seta indica a magnitude relativa da pressão O valor numérico da pressão em mmHg tem sinal de mais se a pressão favorece a filtração e sinal de menos se a pressão favorece a absorção 309 FIGURA 434 Exemplos de pressões de Starling através da parede capilar A Pressão efetiva favorece a filtração B pressão efetiva favorece a absorção Setas apontando para fora do capilar mostram as pressões que favorecem a filtração Setas que apontam para o capilar mostram pressões de Starling que se opõem à filtração Os números dão a amplitude de cada pressão A pressão efetiva que é a força motriz efetiva é a soma algébrica das quatro pressões No exemplo da Figura 434A a soma das quatro pressões de Starling é a pressão efetiva de 6 mmHg indicando que haverá filtração efetiva para fora do capilar No exemplo da Figura 434B a soma das quatro pressões é a pressão efetiva de 5 mmHg o que indica que haverá absorção efetiva para o capilar Ao compreender como cada parâmetro da equação de Starling afeta o movimento dos líquidos através da parede capilar é possível prever os efeitos das variações nesses parâmetros Cada um dos parâmetros na equação de Starling é descrito da seguinte maneira Kf condutância hidráulica é a permeabilidade à água da parede capilar Isso varia entre os diferentes tipos de tecidos dependendo das características anatômicas da parede capilar p ex o tamanho das fissuras entre as células endoteliais se os capilares são fenestrados Portanto a amplitude do movimento de líquido para determinada diferença de pressão é maior nos capilares com maior Kf p ex capilares glomerulares e é menor em capilares com o menor Kf p ex capilares cerebrais Kf não é influenciada por fatores como variações da resistência arteriolar hipóxia ou acúmulo de metabólitos No entanto Kf é aumentada nas lesões capilares p ex toxinas ou queimaduras Esses aumentos de Kf vão aumentar a permeabilidade capilar à água e também vão resultar na perda de proteína do capilar Pc a pressão hidrostática capilar é a força que favorece a filtração para fora do capilar O valor de Pc é determinado tanto pela pressão arterial como pela venosa os capilares estão interpostos entre as artérias e veias embora o valor de Pc seja mais próximo da pressão arterial do que da pressão venosa Além disso Pc é mais afetada por variações da pressão venosa do que por variações da pressão arterial Exceto nos capilares glomerulares Pc declina ao longo do comprimento do capilar devido à filtração do líquido Portanto Pc é mais alta na extremidade arteriolar do capilar e a mais baixa na extremidade venosa 310 Pi pressão hidrostática intersticial é a força de oposição à filtração Normalmente Pi é quase zero ou pode ser ligeiramente negativa πc a pressão oncótica capilar é força de oposição à filtração Como observado antes πc é a pressão osmótica efetiva do sangue capilar decorrente da presença de proteínas do plasma no líquido intersticial e de acordo com a equação de vant Hoff Cap 1 é determinada pela concentração de proteínas no sangue capilar Portanto aumentos na concentração de proteína do sangue causam aumentos em πc e reduzem a filtração e reduções na concentração de proteína do sangue causam reduções na πc e aumentam a filtração πi a pressão oncótica intersticial é força que favorece a filtração πi é determinada pela concentração de proteína no líquido intersticial Normalmente pelo fato de haver pouca perda de proteínas dos capilares existe pouca proteína no líquido intersticial tornando πi bastante baixa Exemplo de problema Em capilar do músculo esquelético as seguintes pressões de Starling foram medidas Supondo que Kf é de 05 mLmin mmHg quais são a direção e a intensidade do movimento de líquidos através desse capilar Solução Existem duas abordagens para resolver esse problema Uma delas é aplicar a equação de Starling diretamente substituindo os valores para as pressões de Starling e Kf A outra é usar a abordagem pictórica mostrada na Figura 434 para calcular a pressão líquida e determinar sua direção e então multiplicar a pressão efetiva por Kf para obter a intensidade do movimento dos líquidos A abordagem pictórica é preferida porque não há qualquer equação para memorizar e o estudante deve entender como cada pressão afeta o movimento do líquido Os valores numéricos para esse problema são idênticos ao da Figura 434A Use a figura para resolver o problema pictoricamente Se a pressão favorecer a filtração a seta aponta para fora do capilar e atribuise sinal de mais ao valor numérico Se a pressão favorecer a absorção a seta aponta para o capilar e o valor numérico recebe 311 sinal de menos Duas pressões Pc e πi recebem o sinal de mais uma vez que favorecem a filtração Duas pressões πc e Pi recebem o sinal de menos pois favorecem a absorção As quatro pressões são agora adicionadas algebricamente para calcular a pressão líquida de 6 mmHg ie a pressão efetiva 30 1 26 3 mmHg 6 mmHg A direção da pressão líquida favorece a filtração uma vez que carrega sinal positivo A amplitude do movimento do líquido é calculada como Kf multiplicado pela pressão líquida Alterações nas Forças de Starling Alterações nas forças de Starling podem influenciar a direção e amplitude do movimento dos líquidos através dos capilares Por exemplo considere as várias alterações que produziriam aumento de filtração para fora dos capilares Em princípio aumentos da filtração serão causados por aumento em qualquer uma das forças de Starling que favorecem a filtração ou por uma diminuição de qualquer das forças de Starling que favoreçam a absorção Assim aumentos da filtração seriam produzidos por aumentos da Pc resultantes de aumentos da pressão arterial ou da pressão venosa mas muito mais do aumento da pressão venosa Aumentos na filtração também seriam produzidos por diminuições na πc resultantes da diluição da concentração de proteínas plasmáticas Linfa O sistema linfático é responsável pelo retorno do líquido intersticial e de proteínas para o compartimento vascular Os capilares linfáticos se encontram no líquido intersticial próximos dos capilares vasculares Os capilares linfáticos têm valva com aberturas unidirecionais que possibilitam que o líquido intersticial e proteínas entrem mas não saiam dos capilares Esses capilares se fundem em vasos linfáticos maiores e por fim no maior vaso linfático o ducto torácico que leva a linfa para as veias de grande porte Os vasos linfáticos têm parede com músculo liso com capacidade contrátil intrínseca O fluxo linfático de volta para o ducto torácico é promovido pela contração da musculatura lisa dos vasos linfáticos e pela compressão dos vasos linfáticos pela atividade do músculo esquelético circundante O aumento do volume de líquido intersticial é chamado edema inchaço Por definição o edema se forma quando o volume de líquido intersticial devido à filtração 312 para fora dos capilares excede a capacidade do sistema linfático para devolvêlo à circulação Assim podese formar edema quando ocorre aumento da filtração ou quando a drenagem linfática está prejudicada Tabela 46 Tabela 46 Causas e Exemplos de Formação de Edema Causa Exemplos Pc pressão hidrostática capilar Dilatação arteriolar Constrição venosa Aumento da pressão venosa Insuficiência cardíaca Expansão do volume do líquido extracelular πc pressão capilar oncótica Redução da concentração de proteínas plasmáticas Insuficiência hepática grave falha em sintetizar proteína Subnutrição proteica Síndrome nefrótica perda de proteína na urina Kf condutância hidráulica Queimadura Inflamação liberação de histamina citocinas Drenagem linfática deficiente Posição de pé falta de compressão pelo músculo esquelético dos linfáticos Remoção ou irradiação de linfonodos Infecção parasitária de linfonodos Vários mecanismos de produção de aumento da filtração já foram discutidos neste capítulo p ex aumento da Pc redução de πc aumento de Kf decorrente da destruição das paredes dos capilares A drenagem linfática é prejudicada quando os linfonodos são cirurgicamente removidos ou irradiados p ex em tumores malignos na filaríase infecção parasitária dos linfonodos ou quando ocorre falta de atividade muscular p ex soldado de pé em posição de alerta Circulações especiais O fluxo do sangue é variável entre um órgão e outro dependendo da demanda global de cada sistema orgânico Fig 41 Por exemplo o fluxo sanguíneo para os pulmões é igual ao débito cardíaco uma vez que todo o sangue deve passar através dos pulmões possibilitando O2 ser adicionado a ele e ao CO2 para ser removido dele Nenhum outro órgão recebe todo o débito cardíaco Rins trato gastrointestinal e músculo esquelético têm fluxo sanguíneo elevado e cada um recebe cerca de 25 do débito cardíaco Outros órgãos recebem porcentagens menores do débito cardíaco Essas diferenças interórgãos no fluxo de sangue são resultado de diferenças na resistência vascular Além disso o fluxo sanguíneo para determinado órgão ou sistema de órgãos pode aumentar ou diminuir dependendo de suas demandas metabólicas Por exemplo o esforço do músculo esquelético tem maior demanda de O2 do que a musculatura esquelética em repouso Para atender à maior demanda de O2 o fluxo sanguíneo para o músculo esquelético deve aumentar temporariamente acima do nível de repouso 313 Alterações no fluxo sanguíneo para um órgão individual são produzidas pela variação da resistência arteriolar Os mecanismos que regulam o fluxo sanguíneo para os diversos órgãos são em geral classificados como controle local intrínseco e controle neural e hormonal extrínsecos O controle local do fluxo sanguíneo é o principal mecanismo utilizado para combinar o fluxo sanguíneo com as necessidades metabólicas de um tecido O controle local é exercido pela ação direta de metabólitos locais sobre a resistência arteriolar O controle neural ou hormonal do fluxo sanguíneo inclui mecanismos como a ação do sistema nervoso simpático sobre o músculo liso vascular e as ações de substâncias vasoativas como histamina bradicinina e prostaglandinas Mecanismos de Controle do Fluxo Sanguíneo Regional Controle Local do Fluxo Sanguíneo Existem vários exemplos de controle local intrínseco do fluxo sanguíneo incluindo autorregulação hiperemia ativa e hiperemia reativa Cada exemplo de controle local será discutido de maneira geral seguido de explicação mais detalhada do mecanismo Autorregulação é a manutenção do fluxo sanguíneo constante para um órgão em face da alteração da pressão arterial Vários órgãos apresentam autorregulação do fluxo sanguíneo como rins cérebro coração e músculo esquelético Por exemplo se a pressão arterial em artéria coronária diminui subitamente será feita tentativa para manter o fluxo sanguíneo constante por essa artéria coronária Essa autorregulação pode ser produzida por vasodilatação compensatória imediata das arteríolas coronárias diminuindo a resistência da vasculatura coronária e mantendo o fluxo constante em face da redução da pressão Hiperemia ativa ilustra o conceito de que o fluxo sanguíneo para um órgão é proporcional à sua atividade metabólica Como observado antes se a atividade metabólica no músculo esquelético aumenta como resultado de exercício extenuante então o fluxo sanguíneo para o músculo vai aumentar proporcionalmente para atender à demanda metabólica aumentada Hiperemia reativa é o aumento do fluxo sanguíneo em resposta a ou como reação a período anterior de diminuição do fluxo sanguíneo Por exemplo hiperemia reativa é o aumento do fluxo sanguíneo para um órgão que ocorre após período de oclusão arterial Durante a oclusão ocorre acúmulo do déficit de O2 Quanto maior o período de oclusão maior o déficit de O2 e maior o aumento subsequente do fluxo sanguíneo acima dos níveis préoclusão O aumento no fluxo sanguíneo continua até que o débito de O2 seja reposto Dois mecanismos básicos são propostos para explicar os fenômenos de autorregulação e hiperemia reativa a hipótese miogênica e a hipótese metabólica Hipótese miogênica A hipótese miogênica pode ser invocada para explicar a autorregulação mas não explica a hiperemia ativa ou reativa A hipótese miogênica afirma que quando o músculo liso vascular é estirado ele se contrai Assim se a pressão arterial for subitamente aumentada as arteríolas são estiradas e o 314 músculo liso vascular em suas paredes contrai em resposta a esse estiramento A contração do músculo liso vascular arteriolar causa constrição ie aumento da resistência mantendo assim um fluxo constante em face do aumento de pressão lembrese de que Q ΔPR Em contrapartida se a pressão arterial diminuir subitamente ocorre menor estiramento das arteríolas levandoas a relaxar e a resistência arteriolar a diminuir Assim o fluxo constante pode ser mantido em face do aumento ou diminuição da pressão arterial ao se variar a resistência arteriolar Podese também pensar sobre o mecanismo miogênico em termos de manutenção da tensão da parede arteriolar Os vasos sanguíneos como as arteríolas são construídos para suportar as tensões da parede que normalmente veem No exemplo de aumento súbito da pressão arterial o aumento da pressão se não encontrar oposição provocará aumento da tensão da parede arteriolar Esse aumento da tensão da parede é indesejável para a arteríola Assim em resposta ao estiramento o músculo liso vascular arteriolar contrai diminuindo o raio arteriolar e retornando a tensão na parede de volta ao normal Essa relação é explicada pela lei de Laplace para um cilindro que diz que T P r Se a pressão P aumenta e o raio r diminui então a tensão da parede T pode permanecer constante Obviamente a outra consequência do raio diminuído discutida antes é o aumento da resistência arteriolar em face do aumento da pressão o aumento da resistência possibilita ao fluxo sanguíneo manterse constante ou seja autorregulação Hipótese metabólica A hipótese metabólica pode ser invocada para explicar cada um dos fenômenos de controle local do fluxo sanguíneo A premissa básica dessa hipótese é que a distribuição de O2 para um tecido pode ser combinada com o consumo de O2 do tecido alterando a resistência das arteríolas o que por sua vez altera o fluxo sanguíneo Como resultado da atividade metabólica os tecidos produzem vários metabólitos vasodilatadores p ex CO2 H lactato de K e adenosina Quanto maior o nível de atividade metabólica maior a produção de metabólitos vasodilatadores Esses metabólitos produzem vasodilatação das arteríolas o que diminui a resistência e portanto aumenta o fluxo para atender à demanda aumentada de O2 Os tecidos variam dependendo de qual metabólito vasodilatador é o principal responsável pela vasodilatação por exemplo a circulação coronária é mais sensível à Po2 e à adenosina enquanto a circulação cerebral é mais sensível à Pco2 Tabela 47 315 Tabela 47 Controle de Circulações Especiais Circulação Controle Metabólico Local Metabólitos Vasoativos Controle Simpático Efeitos Mecânicos Coronariana Mecanismo mais importante Hipóxia Adenosina Mecanismo menos importante Compressão mecânica durante a sístole Cerebral Mecanismo mais importante CO2 H Mecanismo menos importante Aumento da pressão intracraniana reduz fluxo sanguíneo cerebral Músculo esquelético Mecanismo mais importante durante exercício Lactato K Adenosina Mecanismo mais importante em repouso receptores α1 vasoconstrição receptores β2 vasodilatação Atividade muscular comprime vasos sanguíneos Pele Mecanismo menos importante Mecanismo mais importante para regulação da temperatura receptores α1 vasoconstrição Pulmonar Mecanismo mais importante Hipóxia contrai vasos Mecanismo menos importante Insuflação pulmonar Renal Mecanismo mais importante miogênico feedback tubuloglomerular Mecanismo menos importante Os dois exemplos seguintes ilustram como a hipótese metabólica explica hiperemia ativa 1 O primeiro exemplo considera exercícios extenuantes Durante o exercício extenuante a atividade metabólica do músculo esquelético sob esforço aumenta e a produção de metabólitos vasodilatadores como o lactato aumenta Esses metabólitos causam vasodilatação local das arteríolas do músculo esquelético o que aumenta o fluxo sanguíneo local e aumenta a distribuição de O2 para atender à demanda aumentada do músculo sob esforço 2 O segundo exemplo considera o cenário no qual há aumento espontâneo na pressão arterial para o órgão Inicialmente a pressão aumentada vai aumentar o fluxo sanguíneo o que irá distribuir mais O2 para a atividade metabólica e lavar os metabólitos vasodilatadores Como resultado dessa lavagem haverá diluição local dos metabólitos vasodilatadores que resulta em vasoconstrição arteriolar aumento da resistência e uma redução compensatória do fluxo sanguíneo de volta para o nível normal Controle Neural e Hormonal do Fluxo Sanguíneo O exemplo mais importante de controle neural extrínseco do fluxo sanguíneo regional envolve a inervação simpática do músculo liso vascular em alguns tecidos A densidade dessa inervação simpática varia amplamente de tecido para tecido Por exemplo os vasos sanguíneos da pele e do músculo esquelético têm alta densidade de 316 fibras nervosas simpáticas enquanto os vasos coronários pulmonares e cerebrais têm pouca inervação simpática É importante observar se a inervação simpática está ausente ou presente e também quando presente se produz vasoconstrição ou vasodilatação Tabela 22 Na pele a inervação simpática produz vasoconstrição por meio dos receptores α1 No músculo esquelético quando o sistema nervoso simpático é ativado pode haver vasoconstrição fibras nervosas simpáticas receptores α1 ou vasodilatação epinefrina a partir da medula suprarrenal receptores β2 Outras substâncias vasoativas incluem histamina bradicinina serotonina e prostaglandinas A histamina é liberada em resposta a traumatismos e tem efeitos vasculares poderosos Ao mesmo tempo provoca a dilatação das arteríolas e constrição de vênulas e o efeito final é grande aumento da Pc o que aumenta a filtração dos capilares e edema local A bradicinina assim como a histamina provoca a dilatação das arteríolas e constrição das vênulas resultando em aumento da filtração para fora dos capilares e edema local A serotonina é liberada em resposta à lesão do vaso sanguíneo e provoca vasoconstrição local na tentativa de reduzir o fluxo sanguíneo e a perda de sangue A serotonina tem sido implicada na fisiopatologia dos espasmos vasculares que ocorrem na enxaqueca As prostaglandinas produzem vários efeitos sobre o músculo liso vascular A prostaciclina e as prostaglandinas E são vasodilatadores em muitos leitos vasculares Tromboxano A2 e as prostaglandinsa F são vasoconstritores Angiotensina II e vasopressina via receptores V1 são vasoconstritores potentes que aumentam a RPT O peptídeo natriurético atrial é hormônio vasodilatador que é secretado pelos átrios em resposta ao aumento da pressão atrial Circulação Coronária O fluxo sanguíneo pela circulação coronária é controlado quase totalmente pelos metabólitos locais e a inervação simpática apenas desempenha papel secundário Os fatores metabólicos locais mais importantes são a hipóxia e a adenosina Por exemplo se houver um aumento da contratilidade do miocárdio ocorre aumento da demanda por O2 pelo músculo cardíaco e aumento do consumo de O2 causando hipóxia local Essa hipóxia local causa vasodilatação das arteríolas coronárias que em seguida produz aumento compensatório do fluxo sanguíneo coronariano e da distribuição de O2 para atender às demandas do músculo cardíaco ie hiperemia ativa Característica incomum da circulação coronariana é o efeito da compressão mecânica dos vasos sanguíneos durante a sístole no ciclo cardíaco Essa compressão provoca breve período de oclusão e redução do fluxo sanguíneo Quando o período de oclusão ie a sístole acaba ocorre hiperemia reativa para aumentar o fluxo sanguíneo e a distribuição de O2 e para pagar o déficit de O2 contraído durante a compressão Circulação Cerebral A circulação cerebral é quase totalmente controlada pelos metabólitos locais e apresenta autorregulação e hiperemia ativa e reativa O vasodilatador local mais 317 importante na circulação cerebral é CO2 ou H O aumento da Pco2 cerebral que produz aumento na concentração de H e diminuição do pH provoca a vasodilatação das arteríolas cerebrais o que resulta em aumento no fluxo sanguíneo para ajudar na remoção do excesso de CO2 É interessante que muitas substâncias vasoativas circulantes não afetam a circulação cerebral porque seu grande tamanho molecular as impede de atravessar a barreira hematoencefálica Circulação Pulmonar A regulação da circulação pulmonar é discutida em detalhe no Capítulo 5 Em resumo a circulação pulmonar é controlada pelo O2 O efeito do O2 na resistência arteriolar pulmonar é exatamente o oposto de seu efeito em outros leitos vasculares na circulação pulmonar a hipóxia provoca vasoconstrição Esse efeito aparentemente paradoxal do O2 também é explicado no Capítulo 5 Resumidamente regiões de hipóxia no pulmão causam vasoconstrição o que efetivamente desvia o sangue para longe das áreas mal ventiladas onde o fluxo sanguíneo seria desperdiçado e em direção às áreas bem ventiladas onde ocorrem as trocas gasosas Circulação Renal A regulação do fluxo sanguíneo renal é discutida em detalhe no Capítulo 6 Resumidamente o fluxo sanguíneo renal é muito autorregulado de modo que o fluxo permaneça constante mesmo quando a pressão de perfusão renal varia A autorregulação renal é independente da inervação simpática e é mantida mesmo quando o rim é denervado p ex no rim transplantado Presumese que a autorregulação resulte de combinação de propriedades miogênicas das arteríolas renais e do feedback tubuloglomerular Cap 6 Circulação do Músculo Esquelético O fluxo sanguíneo para o músculo esquelético é controlado tanto pelos metabólitos locais como pela inervação simpática de seu músculo liso vascular Casualmente o grau de vasoconstrição das arteríolas do músculo esquelético é um dos principais determinantes da RPT porque a massa do músculo esquelético é grande demais quando comparada à de outros órgãos Em repouso o fluxo sanguíneo para o músculo esquelético é regulado principalmente pela sua inervação simpática O músculo liso vascular nas arteríolas do músculo esquelético é densamente inervado por fibras nervosas simpáticas que são vasoconstritoras receptores α1 Existem também receptores β2 no músculo liso vascular dos músculos esqueléticos que são ativados pela epinefrina e causam vasodilatação Assim a ativação de receptores α1 causa vasoconstrição aumento da resistência e diminuição do fluxo sanguíneo A ativação dos receptores β2 provoca vasodilatação diminuição da resistência e aumento do 318 fluxo sanguíneo Em geral a vasoconstrição predomina porque a norepinefrina liberada pelos neurônios adrenérgicos simpáticos estimula principalmente os receptores α1 Por outro lado a epinefrina liberada pela glândula suprarrenal ou durante a resposta luta ou fuga ou durante esforço ativa os receptores β2 e produz vasodilatação Durante esforço o fluxo sanguíneo para o músculo esquelético é controlado principalmente por metabólitos locais Cada um dos fenômenos de controle local é exibido autorregulação e hiperemia ativa e reativa Durante o esforço a demanda por O2 no músculo esquelético varia de acordo com o nível de atividade e consequentemente o fluxo sanguíneo é aumentado ou diminuído para distribuir O2 suficiente para atender à demanda As substâncias vasodilatadoras locais no músculo esquelético são lactato adenosina e K A compressão mecânica dos vasos sanguíneos no músculo esquelético também pode ocorrer durante o esforço e causar curtos períodos de oclusão Quando o período de oclusão acaba ocorrerá período de hiperemia reativa o que aumenta o fluxo sanguíneo e a distribuição de O2 para pagar o déficit de O2 Circulação da Pele A pele tem vasos sanguíneos com densa inervação simpática que controla o fluxo sanguíneo A principal função da inervação simpática é alterar o fluxo sanguíneo para a pele para a regulação da temperatura corporal Por exemplo durante o esforço à medida que a temperatura do corpo aumenta os centros simpáticos de controle do fluxo sanguíneo cutâneo são inibidos Essa inibição seletiva produz vasodilatação nas arteríolas cutâneas de modo que o sangue quente do interior do corpo possa ser desviado para a superfície da pele para a dissipação de calor Os metabólitos vasodilatadores locais têm pouco efeito sobre o fluxo sanguíneo cutâneo Os efeitos de substâncias vasoativas como a histamina foram discutidos anteriormente Na pele os efeitos da histamina sobre os vasos sanguíneos são visíveis Traumatismo na pele libera histamina que produz resposta tripla na pele calor rubor e pápula A pápula é o edema local e resulta das ações histamínicas que vasodilatam arteríolas e vasocontraem as veias Juntos esses dois efeitos produzem aumento da Pc aumento da filtração e edema local Regulação da temperatura Os seres humanos mantêm sua temperatura corporal normal em um ponto fixo de 37 C Pelo fato de as temperaturas ambientais variarem muito o corpo tem mecanismos coordenados pelo hipotálamo anterior tanto para geração de calor como para a perda de calor para manter a temperatura do corpo constante Quando a temperatura ambiente diminui o organismo produz e conserva o calor Quando a temperatura ambiente aumenta o organismo reduz a produção de calor e o dissipa 319 Mecanismos para Geração de Calor Quando a temperatura ambiente for inferior à temperatura corporal são ativados mecanismos que aumentam a produção de calor e reduzem a perda de calor Esses mecanismos incluem a estimulação do hormônio tireoidiano ativação do sistema nervoso simpático e tremores Os componentes comportamentais também podem contribuir reduzindo a exposição da pele ao frio p ex envolvendo os braços em torno de si mesmo enrolandose em uma bola colocando mais roupa Hormônios Tireóideos Os hormônios tireoidianos são termogênicos suas ações sobre os tecidosalvo resultam na produção de calor As principais ações do hormônio da tireoide são a estimulação da NaK ATPase aumento do consumo de O2 aumento da intensidade metabólica e aumento da produção de calor Portanto é lógico que a exposição às temperaturas frias ative os hormônios tireoidianos O mecanismo para essa ativação não está totalmente claro mas inclui aumento da conversão de tiroxina T4 para a forma ativa triiodotironina T3 nos tecidosalvo Pelo fato de os hormônios da tireoide serem termogênicos ocorre que excesso ou déficit de hormônios tireoidianos causaria distúrbios na regulação da temperatura corporal No hipertireoidismo p ex doença de Graves tumor de tireoide a intensidade metabólica aumenta o consumo de O2 aumenta e a produção de calor aumenta No hipotireoidismo p ex tireoidite remoção cirúrgica da tireoide deficiência de iodo ocorre diminuição da intensidade metabólica diminuição do consumo de O2 diminuição da produção de calor e extrema sensibilidade ao frio Para discussão completa sobre este assunto consulte o Capítulo 9 Sistema Nervoso Simpático As baixas temperaturas ambientais ativam o sistema nervoso simpático Consequência dessa ativação é a estimulação de receptores β no tecido adiposo marrom o que aumenta a intensidade metabólica e a produção de calor Essa ação do sistema nervoso simpático é sinergística com as ações dos hormônios tireoidianos para que os hormônios da tireoide produzam termogênese máxima o sistema nervoso simpático deve ser ativado simultaneamente por temperaturas frias Segunda consequência da ativação do sistema nervoso simpático é a estimulação de receptores α1 no músculo liso vascular dos vasos sanguíneos da pele produzindo vasoconstrição A vasoconstrição reduz o fluxo sanguíneo para a superfície da pele e consequentemente reduz a perda de calor Tremor O tremor que envolve a contração rítmica do músculo esquelético é o mecanismo mais potente para aumentar a produção de calor no corpo As temperaturas ambientais frias ativam centros no hipotálamo posterior que em seguida ativam os 320 motoneurônios α e γ que inervam o músculo esquelético O músculo esquelético contrai ritmicamente gerando calor e aumento da temperatura corporal Mecanismos para Dissipação de Calor Quando a temperatura ambiental aumenta os mecanismos são ativados e resultam em aumento de perda de calor do corpo por radiação e convecção Como o calor é subproduto normal do metabolismo o corpo só deve dissipar esse calor para manter a temperatura corporal no ponto de referência Quando a temperatura ambiente é maior mais calor do que de costume deve ser dissipado Os mecanismos de dissipação de calor são coordenados no hipotálamo anterior O aumento da temperatura do corpo diminui a atividade simpática nos vasos sanguíneos cutâneos Essa diminuição do tônus simpático resulta em aumento do fluxo sanguíneo pela pele e arteríolas e maior desvio de sangue para os plexos venosos próximos da superfície da pele Com efeito o sangue quente do interior do corpo é desviado para a superfície do corpo e o calor é então perdido por radiação e convecção O desvio de sangue para a superfície é evidenciado por vermelhidão e calor da pele Há também aumento da atividade das fibras simpáticas colinérgicas que inervam as glândulas sudoríparas de termorregulação produzindo aumento da sudorese resfriamento O componente comportamental para dissipar o calor inclui o aumento da exposição da pele ao ar p ex remoção de roupas uso de ventilador Regulação da Temperatura Corporal O centro regulador da temperatura está localizado no hipotálamo anterior Esse centro recebe informações sobre a temperatura do ambiente dos termorreceptores na pele e temperatura central dos termorreceptores no próprio hipotálamo anterior O hipotálamo anterior então organiza as respostas adequadas que podem envolver mecanismos de geração de calor ou dissipação de calor Se a temperatura central for inferior ao valor de referência para a temperatura então os mecanismos de geração de calor e retenção de calor são ativados Como discutido antes esses mecanismos incluem o aumento da intensidade metabólica hormônios da tireoide sistema nervoso simpático tremores e vasoconstrição dos vasos sanguíneos cutâneos aumento do tônus simpático Se a temperatura central estiver acima do valor de referência para temperatura então mecanismos de dissipação de calor são ativados Estes mecanismos incluem vasodilatação dos vasos sanguíneos cutâneos diminuição do tônus simpático e aumento da atividade das fibras colinérgicas simpáticas das glândulas sudoríparas Febre A febre é a elevação anormal da temperatura corporal Os pirogênios produzem febre aumentando a temperatura hipotalâmica de referência O resultado dessa mudança do valor de referência é que a temperatura central normal é vista pelo centro do hipotálamo como muito baixa com relação ao novo valor de referência O hipotálamo 321 anterior em seguida ativa os mecanismos geradores de calor p ex tremores para elevar a temperatura corporal até o novo ponto de referência Em nível celular o mecanismo de ação do pirogênio é o aumento da produção de interleucina1 IL1 em células fagocíticas IL1 em seguida atua sobre o hipotálamo anterior aumentando a produção local de prostaglandinas o que aumenta a temperatura de referência A febre pode ser reduzida pelo ácido acetilsalicílico que inibe a enzima ciclo oxigenase necessária para a síntese de prostaglandinas Ao inibir a produção de prostaglandinas o ácido acetilsalicílico e outros inibidores da ciclooxigenase interrompe a via que os pirogênios utilizam para elevar o valor de referência para a temperatura Quando a febre é tratada com ácido acetilsalicílico os sensores de temperatura no hipotálamo anterior agora veem a temperatura corporal como demasiado elevada com relação à temperatura de referência e desencadeiam os mecanismos de dissipação de calor incluindo vasodilatação e sudorese Distúrbios de Regulação da Temperatura Pode ocorrer intermação como consequência das respostas do corpo à temperatura elevada do ambiente Em geral a resposta ao aumento da temperatura inclui vasodilatação e sudorese a fim de dissipar o calor No entanto se a sudorese for excessiva pode resultar na redução do volume de LEC diminuição do volume sanguíneo diminuição da pressão arterial e desmaio A insolação ocorre quando a temperatura corporal aumenta até o ponto de ocorrer lesão tecidual Se a resposta normal à temperatura ambiente elevada for prejudicada p ex se a transpiração não ocorrer então o calor não pode ser devidamente dissipado e a temperatura central aumenta para níveis perigosos A hipertermia maligna é caracterizada por aumento maciço da intensidade metabólica aumento do consumo de O2 e aumento da produção de calor no músculo esquelético Os mecanismos de dissipação de calor são incapazes de acompanhar a produção excessiva de calor e se a hipertermia não for tratada a temperatura do corpo pode aumentar para níveis perigosamente elevados ou mesmo fatais Em indivíduos suscetíveis a hipertermia maligna pode ser causada por anestésicos inalatórios Funções integrativas do sistema cardiovascular O sistema cardiovascular sempre funciona de maneira integrada Assim é impossível discutir a alteração apenas da função cardíaca p ex variação na contratilidade sem então considerar o efeito que uma mudança como essa teria sobre a pressão arterial na hemodinâmica sobre os reflexos que envolvem os sistemas nervosos simpático e parassimpático no sistema reninaangiotensina IIaldosterona na filtragem dos capilares e fluxo linfático e sobre a distribuição do fluxo sanguíneo entre os órgãos e sistemas A melhor e mais duradoura maneira de entender as funções integrativas do sistema 322 cardiovascular é descrever suas respostas ao exercício à hemorragia e às mudanças na postura Respostas ao Esforço As respostas cardiovasculares ao esforço envolvem a combinação dos mecanismos do sistema nervoso central SNC e locais As respostas do SNC incluem o comando central do córtex motor cerebral que direciona mudanças no sistema nervoso autônomo As respostas locais incluem efeitos de metabólitos para aumentar o fluxo sanguíneo e distribuição de O2 para o músculo esquelético sob esforço Alterações da Po2 Pco2 e pH arteriais aparentemente desempenham pequeno papel no direcionamento dessas respostas uma vez que nenhum desses parâmetros varia de maneira significativa durante o exercício moderado Comando Central O comando central referese à série de respostas controladas pelo córtex motor cerebral que são iniciadas pela antecipação do esforço Esses reflexos são desencadeados por mecanorreceptores musculares e possivelmente quimiorreceptores musculares quando o esforço é previsto ou iniciado Não existem detalhes sobre o ramo aferente desse reflexo ie informações que trafegam dos músculos para o SNC No entanto está claro que o ramo eferente do reflexo produz aumento do fluxo simpático para o coração e vasos sanguíneos e diminuição do fluxo parassimpático para o coração Uma das consequências do comando central é o aumento do débito cardíaco Esse aumento é resultado de dois efeitos simultâneos sobre o coração 1 O aumento da atividade simpática receptores β1 e a diminuição da atividade parassimpática cooperam para produzir aumento da frequência cardíaca 2 O aumento da atividade simpática receptores β1 produz aumento da contratilidade e consequente aumento do volume sistólico Juntos os aumentos da frequência cardíaca e do volume sistólico produzem aumento do débito cardíaco O aumento do débito cardíaco é essencial para a resposta cardiovascular ao esforço Ele assegura que mais O2 e nutrientes sejam distribuídos para o músculo esquelético sob esforço Se o débito cardíaco não aumentar a única maneira de aumentar o fluxo sanguíneo para o músculo esquelético seria através da redistribuição do fluxo sanguíneo vindo de outros órgãos Lembrese de que o débito cardíaco não pode aumentar sem aumento concomitante do retorno venoso relação de FrankStarling Sob esforço esse aumento concomitante do retorno venoso é realizado por dois efeitos sobre as veias A contração do músculo esquelético ao redor das veias tem ação mecânica compressão e a ativação do sistema nervoso simpático produz venoconstrição Juntos esses efeitos sobre as veias diminuem o volume não estressado e aumentam o retorno venoso para o coração Novamente o aumento do retorno venoso torna possível o aumento do débito cardíaco 323 Outra consequência do aumento do fluxo simpático pelo comando central é a vasoconstrição arteriolar seletiva 1 Na circulação da pele regiões esplâncnicas rim e músculos inativos a vasoconstrição ocorre por meio dos receptores α1 o que resulta em aumento da resistência e diminuição do fluxo sanguíneo para os órgãos 2 No músculo esquelético sob esforço contudo os efeitos metabólicos locais substituem qualquer efeito de vasoconstrição simpática e ocorre vasodilatação arteriolar 3 Outros locais onde não ocorre vasoconstrição são a circulação coronária onde o fluxo sanguíneo aumenta para atender ao aumento do nível de consumo de O2 do miocárdio e a circulação cerebral 4 Na circulação cutânea ocorre resposta bifásica Inicialmente ocorre vasoconstrição devido ao aumento do fluxo simpático mais tarde no entanto à medida que a temperatura corporal aumenta ocorre inibição seletiva da vasoconstrição cutânea simpática veja Regulação da Temperatura páginas 170172 resultando em vasodilatação e dissipação de calor através da pele Em resumo ocorre vasoconstrição em alguns leitos vasculares de maneira que o fluxo sanguíneo possa ser redistribuído para o músculo esquelético sob esforço e para o coração e o fluxo sanguíneo é mantido em órgãos essenciais como o cérebro Respostas Locais no Músculo O controle local do fluxo sanguíneo no músculo esquelético sob esforço é orquestrado pela hiperemia ativa À medida que aumenta a intensidade metabólica do músculo esquelético a produção de metabólitos vasodilatadores como lactato potássio e adenosina também aumenta Esses metabólitos agem diretamente sobre as arteríolas do músculo sob esforço produzindo vasodilatação local A vasodilatação das arteríolas resulta em aumento do fluxo sanguíneo para atender à crescente demanda metabólica do músculo Essa vasodilatação no músculo sob esforço também produz redução global da RPT Se esses efeitos metabólicos locais no músculo sob esforço não ocorressem a RPT aumentaria porque o comando central causaria aumento no fluxo simpático para os vasos sanguíneos o que produz vasoconstrição Respostas Globais ao Esforço Os dois componentes da resposta cardiovascular ao esforço o comando central e os efeitos dos metabólitos locais agora podem ser observados em conjunto Tabela 48 e Fig 435 O comando central direciona o aumento do fluxo simpático e diminuição do fluxo parassimpático Isso produz aumento do débito cardíaco e vasoconstrição em vários leitos vasculares excluindo as circulações do músculo esquelético sob esforço coronariana e cerebral O aumento do débito cardíaco tem dois componentes aumento da frequência cardíaca e aumento da contratilidade O aumento da contratilidade resulta em aumento do volume sistólico e é representado por aumento da pressão de pulso aumento de volume é bombeado para as artérias de baixa complacência O aumento do débito cardíaco é possível porque o retorno venoso aumenta relação de FrankStarling O retorno venoso aumenta porque ocorre constrição simpática das veias o que reduz o volume não estressado e em 324 decorrência da ação de compressão do músculo esquelético sob esforço sobre as veias Tabela 48 Resumo das Respostas Cardiovasculares ao Exercício Parâmetro Resposta ao Exercício Frequência cardíaca Volume sistólico Pressão de pulso volume sistólico aumentado Débito cardíaco Retorno venoso Pressão arterial média ligeiramente Resistência periférica total RPT vasodilatação no músculo esquelético Diferença arteriovenosa de O2 aumento do consumo de O2 pelos tecidos 325 FIGURA 435 Respostas cardiovasculares ao esforço RPT Resistência periférica total Porcentagem superior à normal desse débito cardíaco aumentado irá perfundir o músculo esquelético sob esforço devido às respostas metabólicas locais metabólitos locais produzem vasodilatação De modo geral a RPT diminui em decorrência dessa vasodilatação na musculatura esquelética embora outros leitos vasculares apresentem vasoconstrição Há aumento da pressão arterial sistólica e da pressão de pulso devido ao aumento do volume sistólico Entretanto a pressão arterial diastólica permanece a mesma ou pode até diminuir secundária à diminuição da RPT Respostas a Hemorragia Quando a pessoa perde grande quantidade de sangue a pressão arterial cai rapidamente seguida por série de respostas cardiovasculares compensatórias que tentam restaurar a pressão arterial de volta ao normal e manter a vida Fig 436 e Quadro 43 Quadro 43 F isiologia C línica C hoque H ipovolêmico 326 Descrição do caso Dois adolescentes Adam e Ben são envolvidos em acidente automobilístico e ambos sofrem perda significativa de sangue Eles são levados para o centro para traumatismos mais próximo Adam tem Pa de 55 mmHg pressão de pulso de 20 mmHg e frequência cardíaca de 120 batimentosmin Ele está ansioso mas alerta apresenta débito urinário ligeiramente reduzido e a pele fria e pálida Ben tem Pa de 40 mmHg pressão de pulso de difícil mensuração e frequência cardíaca de 160 batimentosmin Ele está em coma não apresenta débito urinário está frio e cianótico Adam é tratado com interrupção do sangramento e administração de solução de Ringer lactato por via intravenosa e transfusão de sangue Os médicos estão preparados para administrar um agente inotrópico positivo mas consideram desnecessário já que Adam apresenta sinais de melhora Durante as próximas 5 horas a Pa de Adam volta ao normal e sua frequência cardíaca diminui ao mesmo tempo para o valor normal de 75 batimentosmin Sua pele apresenta aquecimento gradual com retorno da cor rosada normal Ben é tratado da mesma forma que Adam mas apesar dos esforços da equipe médica morre Explicação do caso Esses adolescentes ilustram duas respostas diferentes à perda significativa de sangue No primeiro paciente Adam a perda de sangue levou à diminuição da Pa redução do volume sanguíneo redução da pressão sistêmica média redução do retorno venoso redução do débito cardíaco redução da Pa A diminuição da Pa desencadeou o reflexo barorreceptor resultando em maior fluxo simpático para o coração e os vasos sanguíneos Como resultado do reflexo a frequência cardíaca do paciente aumentou na tentativa de aumentar o débito cardíaco Houve vasoconstrição de vários leitos vasculares excluindo o coração e cérebro e aumento da resistência periférica total RPT A vasoconstrição dos vasos sanguíneos cutâneos fez com que a pele ficasse fria e pálida A terapia de suporte incluiu infusão endovenosa de solução salina tamponada e transfusão possibilitando a recuperação total ao paciente Agente inotrópico positivo poderia ter sido usado para aumentar o débito cardíaco pelo fato de os próprios mecanismos reflexos do paciente aumentarem a contratilidade do miocárdio não foi necessário No segundo paciente Ben os mecanismos compensatórios falharam Quando comparada a Adam a Pa de Ben é menor seu volume sistólico é muito menor ele não tinha pressão de pulso sua frequência cardíaca é muito maior e a vasoconstrição é mais acentuada sua pele estava fria Seus rins não estão produzindo urina o que pode explicar sua condição de deterioração Obviamente o reflexo barorreceptor é intensamente ativado porque sua frequência cardíaca é alta e existe intensa vasoconstrição periférica A vasoconstrição reduz o fluxo sanguíneo para os órgãos não vitais como a pele a fim de preservar o fluxo sanguíneo para 327 órgãos vitais como o cérebro o coração e os rins Nesse paciente a vasoconstrição infelizmente estendeuse para os órgãos vitais e os danos isquêmicos que os atingiu foram fatais Nesse paciente a isquemia do miocárdio e a isquemia renal foram particularmente devastadoras sem oxigênio seu coração não poderia funcionar de modo adequado como bomba sem fluxo sanguíneo o seu rim não poderia produzir urina Tratamento Apesar do tratamento um paciente morre O outro paciente responde bem ao tratamento que inclui interrupção do sangramento e administração da solução de Ringer lactato e transfusão de sangue FIGURA 436 Efeito da hemorragia na pressão arterial média Pa Em algumas pessoas as respostas compensatórias à perda de sangue retornam a Pa ao normal em período de algumas horas em outras pessoas a resposta compensatória falha e ocorrem choque irreversível e morte Pressão Arterial Reduzida Evento Inicial O evento inicial na hemorragia é a perda de sangue e a diminuição do volume sanguíneo Lembrese ao consultar a Figura 429B como a diminuição do volume sanguíneo leva à diminuição da pressão arterial Quando o volume sanguíneo diminui a pressão sistêmica média diminui e a curva da função vascular se desvia para a esquerda No novo estado estável as curvas das funções cardíaca e vascular cruzam em novo ponto de equilíbrio onde tanto o débito cardíaco como a pressão atrial direita estão diminuídos Esses eventos também podem ser entendidos sem consulta aos gráficos Considere 328 que quando ocorre hemorragia há diminuição do volume sanguíneo total A diminuição do volume sanguíneo produz diminuição do retorno venoso para o coração e diminuição da pressão atrial direita Quando o retorno venoso diminui ocorre diminuição correspondente do débito cardíaco mecanismo de FrankStarling A diminuição do débito cardíaco então leva à diminuição na Pa uma vez que a Pa é produto do débito cardíaco pela RPT Pa débito cardíaco RPT Assim o débito cardíaco e Pa diminuem quase imediatamente mas até aqui não houve nenhuma mudança da RPT embora a RPT mude como resposta compensatória tardia No período de algumas horas de imediato após a hemorragia a pressão arterial começa a aumentar gradualmente em direção ao valor normal préhemorrágico Esse aumento da pressão arterial é resultado das respostas compensatórias no sistema cardiovascular Fig 437 e Tabela 49 Fig 436 Tabela 49 Resumo das Respostas Cardiovasculares à Hemorragia Parâmetro Resposta Compensatória à Hemorragia Frequência de disparo do nervo do seio carotídeo Frequência cardíaca Contratilidade Débito cardíaco Volume não estressado produz aumento do retorno venoso Resistência periférica total RPT Renina Angiotensina II Aldosterona Epinefrina circulante secretada pela medula suprarrenal Hormônio antidiurético ADH estimulado pelo volume sanguíneo reduzido Estas respostas compensatórias devem ser comparadas aos valores imediatamente após ocorrer hemorragia não com os valores préhemorragia Por exemplo o aumento compensatório do débito cardíaco não significa que o débito cardíaco está maior do que é em pessoa normal significa que o débito cardíaco está maior do que imediatamente após a ocorrência da hemorragia 329 FIGURA 437 Respostas cardiovasculares à hemorragia Pa Pressão arterial média Pc pressão hidrostática capilar RPT resistência periférica total Em algumas pessoas as respostas compensatórias falham e após breve subida a pressão arterial média cai de maneira irreversível e ocorre morte ie choque irreversível Existem várias razões para esse processo irreversível como vasoconstrição grave dos leitos vasculares essenciais e insuficiência cardíaca Respostas do Reflexo Barorreceptor Entre as respostas compensatórias para a diminuição da pressão arterial média estão as envolvidas no reflexo barorreceptor Os barorreceptores do seio carotídeo detectam a redução da Pa e transmitem as informações para o bulbo pelo nervo do seio carotídeo O bulbo coordena uma resposta que se destina a aumentar a Pa de volta ao normal fluxo simpático para o coração e vasos sanguíneos aumenta e fluxo parassimpático para o coração diminui As quatro consequências desses reflexos autônomos são 1 aumento da frequência cardíaca 2 aumento da contratilidade 3 aumento da RPT devido à vasoconstrição arteriolar em muitos leitos vasculares mas poupando os leitos vasculares coronariano e cerebral e 4 constrição das veias que 330 reduz o volume não estressado aumenta o retorno venoso e aumenta o volume estressado Observe que cada uma dessas quatro respostas cardiovasculares ocorre no sentido de aumentar a Pa A constrição das veias o que diminui a complacência ou capacitância retorna mais sangue para o coração aumenta o retorno venoso e o débito cardíaco e desvia o sangue do lado venoso para o arterial da circulação O aumento da frequência cardíaca e o aumento da contratilidade resultam em aumento do débito cardíaco que é possível devido ao maior retorno venoso Por fim a constrição das arteríolas e o aumento da RPT resultam em mais sangue sendo mantido no lado arterial aumento de volume estressado e aumento da Pa Respostas do Sistema ReninaAngiotensina IIAldosterona Outro conjunto de respostas compensatórias à queda na pressão arterial média são as do sistema reninaangiotensina IIaldosterona Quando a Pa diminui a pressão de perfusão renal diminui o que estimula a secreção de renina pelas células renais justaglomerulares A renina por sua vez aumenta a produção de angiotensina I que é então convertida em angiotensina II A angiotensina II tem duas ações principais 1 Causa vasoconstrição arteriolar reforçando e se somando ao aumento da RPT pelo aumento do fluxo simpático para os vasos sanguíneos 2 Estimula a secreção de aldosterona que circula para os rins e causa aumento da reabsorção de Na Ao aumentar a concentração extracelular de Na a aldosterona aumenta o volume do LEC aumentando assim o volume sanguíneo e reforçando o aumento do volume estressado que resultou do desvio de sangue das veias para as artérias Respostas nos Capilares As respostas compensatórias à hemorragia incluem mudanças nas forças de Starling através das paredes capilares Essas alterações compensatórias favorecem a absorção de líquido pelos capilares da seguinte maneira aumento do fluxo simpático para os vasos sanguíneos e aumento da angiotensina II produzem ambos vasoconstrição arteriolar Como resultado dessa vasoconstrição ocorre a diminuição da pressão hidrostática capilar Pc que se opõe à filtração para fora do capilar e favorece a absorção Respostas do Hormônio Antidiurético O hormônio antidiurético ADH é secretado em resposta à diminuição do volume sanguíneo mediado por receptores de volume nos átrios O ADH tem duas ações 1 Aumenta a reabsorção de água pelos ductos coletores renais receptores V2 o que ajuda a restaurar o volume sanguíneo 2 Provoca vasoconstrição arteriolar receptores V1 o que reforça os efeitos vasoconstritores da atividade simpática e da angiotensina II 331 Outras Respostas na Hemorragia Se a pessoa fica hipoxêmica apresenta redução da Po2 após hemorragia os quimiorreceptores nos corpos carotídeos e aórticos sentem a redução da Po2 e respondem aumentando o fluxo simpático para os vasos sanguíneos Como resultado ocorre vasoconstrição aumento da RPT e aumento da Pa Esse mecanismo aumenta o reflexo barorreceptor que detecta a diminuição da Pa e não a diminuição da Po2 Se ocorrer isquemia cerebral após a hemorragia ocorrerá aumento local da Pco2 e redução do pH Essas mudanças ativam quimiorreceptores no centro vasomotor bulbar aumentando o fluxo simpático para os vasos sanguíneos resultando em vasoconstrição periférica aumento da RPT e aumento da Pa Respostas as Variações da Postura As respostas cardiovasculares à variação da postura ou da gravidade são ilustradas em pessoa que muda de posição supina deitada para posição ereta A pessoa que se levanta de forma demasiadamente rápida pode apresentar breve hipotensão ortostática ie redução da pressão arterial ao se pôr de pé tontura e possivelmente desmaio Nas condições normais ocorre série de respostas cardiovasculares envolvendo o reflexo barorreceptor para compensar essa breve redução inicial da Pa Fig 438 e Tabela 410 Tabela 410 Resumo das Respostas Cardiovasculares à Posição Ereta Parâmetro Resposta Inicial à Posição Ereta Resposta Compensatória Pressão arterial média em direção ao normal Frequência cardíaca Volume sistólico redução do retorno venoso em direção ao normal Débito cardíaco redução do volume sistólico em direção ao normal Resistência periférica total RPT Pressão venosa central acúmulo de sangue nas extremidades inferiores em direção ao normal 332 FIGURA 438 Respostas cardiovasculares em pessoa que muda da posição supina para a ereta RPT Resistência periférica total Acúmulo de Sangue nas Extremidades Evento Inicial Quando uma pessoa se move da posição supina para a posição ereta o sangue se acumula nas veias das extremidades inferiores A capacitância das veias possibilita que grandes volumes de sangue se acumulem Quando o sangue se acumula nas veias o retorno venoso para o coração diminui e o débito cardíaco diminui mecanismo de FrankStarling o que resulta em diminuição da pressão arterial média O acúmulo venoso também provoca aumento da pressão hidrostática capilar nas veias das pernas o que resulta em aumento da filtração de líquido para o líquido intersticial com perda de volume intravascular Por exemplo se a pessoa ficar de pé por período de tempo prolongado p ex um soldado que está de pé em posição de sentido a filtração a partir dos capilares pode exceder a capacidade do sistema linfático de retornar o líquido para a circulação o que resulta na formação de edema 333 nas extremidades inferiores O aumento da filtração de líquido para fora dos capilares contribui ainda mais para a redução do retorno venoso e para a redução da Pa Se a diminuição da Pa for muito acentuada então a pressão sanguínea cerebral pode diminuir e causar desmaios Resposta do Reflexo Barorreceptor A resposta cardiovascular compensatória primária para a redução da pressão arterial média envolve o reflexo barorreceptor À medida que o sangue acumula nas veias das extremidades inferiores e não retorna para o coração tanto o débito cardíaco como a Pa diminuem Os barorreceptores do seio carotídeo detectam essa diminuição da Pa e enviam essa informação para o centro vasomotor bulbar O centro vasomotor promove o aumento do fluxo simpático para o coração e para os vasos sanguíneos e diminuição no fluxo parassimpático para o coração tentando aumentar a Pa de volta ao normal Os resultados dessas mudanças autônomas já são familiares aumento da frequência cardíaca aumento da contratilidade constrição das arteríolas aumento da RPT e constrição das veias diminuição do volume não estressado e aumento do retorno venoso Coletivamente essas mudanças aumentam o débito cardíaco e aumentam a RPT na tentativa de restaurar a Pa de volta ao normal O Quadro 44 descreve a insuficiência cardíaca e ilustra a natureza integrativa do sistema cardiovascular Quadro 44 F isiologia C línica I nsuficiência C ardíaca Descrição do caso Mulher de 60 anos é internada após se queixar de fadiga extrema e fraqueza falta de ar dispneia e inchaço dos tornozelos Suas roupas não servem mais na cintura e ela ganhou 3 kg no mês passado Ela acha que a respiração fica particularmente difícil quando se deita ortopneia Dormir apoiada sobre vários travesseiros já não lhe traz alívio Ela tem história de dor no peito e falta de ar ao esforço O exame físico revela cianose tom de pele azul respiração rápida pulso rápido veias do pescoço distendidas ascite líquido no abdome edema nos tornozelos e pele fria e pegajosa Sua fração de ejeção ventricular é de 030 A pressão sistólica é de 100 mmHg com pressão de pulso reduzida Ela é tratada com digoxina e com diurético e é submetida à dieta com baixo teor de sódio Explicação do caso Os sinais e sintomas da mulher são uma apresentação clássica da insuficiência cardíaca A história de angina dor no peito sugere que o bloqueio das artérias coronárias resultou em fluxo insuficiente de sangue para o coração Com o fluxo sanguíneo coronariano insuficiente ocorre distribuição inadequada de oxigênio para as células do miocárdio em funcionamento e os ventrículos são incapazes de desenvolver as pressões normais para a ejeção de sangue durante a sístole 334 Desenvolvese estado inotrópico negativo nos ventrículos que resulta em diminuição da contratilidade e diminuição do volume sistólico para determinado volume diastólico final deslocamento para baixo da relação de FrankStarling Figura 421 O menor volume sistólico se reflete tanto na pressão de pulso diminuída como na fração de ejeção reduzida de 030 valor normal é de 055 fração menor do que o normal do volume diastólico final é ejetada durante a sístole Embora não seja afirmado explicitamente o débito cardíaco também está reduzido Cianose e cansaço fácil são sinais de fluxo sanguíneo inadequado para os tecidos e oxigenação inadequada do sangue A paciente tem edema acúmulo de líquido intersticial nos pulmões como evidenciado pela falta de ar e nos tecidos periféricos O líquido de edema acumula se quando a filtração para fora dos capilares ultrapassa a capacidade do sistema linfático No caso em pauta ocorre aumento da filtração dos capilares devido ao aumento da pressão venosa observe as veias do pescoço distendidas A pressão venosa aumenta porque o sangue fica retido no lado venoso da circulação pois os ventrículos não são capazes de ejetar de modo eficiente o sangue durante a sístole Ambos os ventrículos direito e esquerdo aparentemente falharam porque edema se formou nos pulmões insuficiência cardíaca esquerda e na periferia insuficiência cardíaca direita O reflexo barorreceptor é ativado em resposta à diminuição da Pa Pa é reduzida porque o sangue desviou do lado arterial para o lado venoso da circulação já que os ventrículos não o conseguiram bombear adequadamente A frequência de pulso aumentada da paciente e a pele fria e pegajosa resultam do reflexo barorreceptor redução da Pa ativa os barorreceptores causando aumento do fluxo simpático para o coração e vasos sanguíneos aumenta a frequência cardíaca e produz vasoconstrição cutânea e diminuição do fluxo parassimpático para o coração também aumenta a frequência cardíaca A RPT se medida estaria aumentada como resultado da vasoconstrição simpática de muitos leitos vasculares além do da pele O sistema reninaangiotensina IIaldosterona também é ativado pela baixa Pa e o aumento dos níveis de angiotensina II contribuem para a vasoconstrição periférica O aumento dos níveis de aldosterona aumenta a reabsorção de Na a concentração extracelular de Na e o volume de LEC perpetuando o ciclo da formação de edema Tratamento O tratamento envolve duas estratégias 1 aumentar a contratilidade das células miocárdicas por meio da administração de um agente inotrópico positivo como a digoxina e 2 reduzir a concentração de Na e o ciclo de formação de edema por meio da administração de diurético e restrição da ingestão de sódio Resumo O sistema cardiovascular é constituído pelo coração e pelos vasos sanguíneos O coração ao se contrair bombeia o sangue pelas vasculaturas sistêmica e pulmonar 335 Os vasos sanguíneos funcionam como condutos que distribuem sangue para os tecidos Os capilares de paredes finas servem como local de troca de nutrientes e de resíduos Hemodinâmica são os princípios que regem o fluxo sanguíneo velocidade de fluxo fluxo pressão e relações de resistência e complacência dos vasos sanguíneos A velocidade do fluxo sanguíneo é proporcional à intensidade do fluxo de volume e inversamente proporcional à área transversa A velocidade é mais baixa nos capilares que têm a maior área transversal O fluxo sanguíneo é proporcional à amplitude do gradiente de pressão e inversamente proporcional à resistência dos vasos sanguíneos A resistência ao fluxo sanguíneo é proporcional à viscosidade do sangue e ao comprimento do vaso e inversamente proporcional ao raio do vaso à quarta potência As arteríolas são o local de maior resistência na vasculatura As resistências podem ser dispostas em série ou em paralelo A complacência é a relação entre volume e pressão quanto maior a complacência do vaso sanguíneo maior o volume contido sob determinada pressão As veias têm grau elevado de complacência e mantêm grandes volumes de sangue o volume não estressado com baixa pressão As artérias têm baixa complacência e mantêm pequenos volumes de sangue o volume estressado sob alta pressão O potencial de ação cardíaco é iniciado no nodo SA que se despolariza espontaneamente O potencial de ação se propaga em sequência específica em todo o miocárdio por meio do sistema de condução especializado A condução é rápida exceto pelo nodo AV onde a condução lenta garante o tempo suficiente para o enchimento ventricular antes da contração Nos átrios e ventrículos a deflexão ascendente do potencial de ação é resultado de corrente de influxo de Na O potencial de ação nos átrios e nos ventrículos apresenta um platô que é resultado de corrente de influxo de Ca2 Esse platô é responsável pela longa duração do potencial de ação e pelo longo período refratário No nodo SA a deflexão ascendente do potencial de ação é o resultado de corrente de influxo de Ca2 O nodo SA apresenta lenta despolarização espontânea durante a fase 4 o que traz as células para o limiar para gerar os potenciais de ação A lenta despolarização é resultado de corrente de influxo de Na If O acoplamento excitaçãocontração nas células do miocárdio é semelhante ao do músculo esquelético Nas células do miocárdio no entanto o Ca2 que entra na célula durante o platô do potencial de ação serve como um gatilho para a liberação de mais Ca2 pelo retículo sarcoplasmático O Ca2 em seguida se liga à troponina C para possibilitar a formação das pontes cruzadas Inotropismo ou contratilidade é a capacidade da célula do miocárdio de desenvolver tensão sob determinado comprimento de célula a Ca2 intracelular determina o grau do inotropismo e agentes inotrópicos positivos aumentam a Ca2 intracelular e a contratilidade As células do miocárdio e o miocárdio apresentam relação comprimentotensão baseada no grau de sobreposição dos elementos contráteis A lei de FrankStarling 336 do coração descreve essa relação entre o débito cardíaco e o volume diastólico final O volume diastólico final reflete o retorno venoso Portanto o débito cardíaco é determinado pelo retorno venoso e no estado estável o débito cardíaco e o retorno venoso são iguais A Pa é o produto do débito cardíaco e da RPT A Pa é cuidadosamente monitorada e mantida em seu valor normal de 100 mmHg O reflexo barorreceptor é um mecanismo neural rápido que detecta alterações da Pa e orquestra alterações simpáticas do fluxo simpático e parassimpático para o coração e vasos sanguíneos para restaurar a Pa de volta ao normal O sistema reninaangiotensina II aldosterona é um mecanismo hormonal mais lento que detecta mudanças na Pa e por meio da aldosterona restaura a Pa à normal por meio de variações do volume sanguíneo A troca de líquido através das paredes capilares é determinada pelo balanço das forças de Starling A pressão de Starling efetiva determina se ocorrerá filtração para fora do capilar ou absorção para o capilar Se a filtração do líquido exceder a capacidade do sistema linfático de devolvêlo à circulação então ocorre edema O fluxo sanguíneo para os sistemas de órgãos é porcentagem variável do débito cardíaco O fluxo sanguíneo é determinado pela resistência arteriolar que pode ser alterada por metabólitos vasodilatadores ou por inervação simpática D esafie a S i M esmo Responda cada pergunta com uma palavra frase sentença ou solução numérica Quando uma lista de respostas possíveis for fornecida com a pergunta uma mais de uma ou nenhuma das opções pode ser correta As respostas corretas são fornecidas no final do livro 1 Quais são as unidades da resistência hemodinâmica 2 Se a frequência cardíaca for de 75 batimentosminuto qual será o intervalo RR em unidades de milissegundos 3 Qual é a ordem correta dos seguintes eventos ligação de Ca2 à troponina C tensão liberação de Ca2 do retículo sarcoplasmático potencial de ação ventricular acúmulo de Ca2 pelo retículo sarcoplasmático 4 Se a frequência cardíaca for de 85 batimentosminuto o volume diastólico final for de 150 mL e o volume sistólico for de 75 mL qual será a fração de ejeção 5 Qual parte do ciclo cardíaco tem o menor volume ventricular sístole atrial ou relaxamento ventricular isovolumétrico 6 De acordo com as curvas de função cardíaca e vascular o aumento do volume sanguíneo leva a pressão atrial direita e débito cardíaco 7 Se o débito cardíaco for de 52 Lmin a frequência cardíaca for de 76 batimentosminuto e o volume diastólico final for de 145 mL qual será o volume sistólico final 8 No capilar se a Pc for de 35 mmHg πc for de 25 mmHg Pi for de 2 mmHg e πi for de 1 mmHg ocorrerá absorção ou filtração efetiva e qual será a intensidade da força motriz 9 Quando a pessoa passa rapidamente da posição deitada para a de pé qual dos 337 seguintes diminuiem retorno venoso débito cardíaco pressão arterial Pa 10 Qual o nome do volume contido no ventrículo esquerdo imediatamente antes de sua contração 11 Qual dos seguintes produz aumento da contratilidade diminuição da frequência cardíaca aumento da fosforilação de fosfolambano aumento da duração do potencial de ação 12 Durante qual fase do potencial de ação ventricular a fase 0 ou fase 4 a corrente de influxo é maior que a corrente de efluxo 13 Que termo é mais bem aplicado ao período refratário absoluto do potencial de ação ventricular automaticidade excitabilidade velocidade de condução potencial diastólico máximo 14 Se simultaneamente ocorrer aumento da velocidade de despolarização da fase 4 e hiperpolarização do potencial limiar haverá aumento diminuição ou nenhuma mudança na frequência cardíaca 15 Dentre as respostas que ocorrem após hemorragia qualis dos seguintes aumentam volume não estressado frequência cardíaca resistência dos leitos vasculares cutâneos frequência de disparo dos nervos do seio carotídeo níveis de angiotensina II 16 No mecanismo de autorregulação miogênica de acordo com a lei de Laplace o aumento da pressão leva a aumento redução ou nenhuma alteração no raio do vaso sanguíneo 17 Das seguintes qual circulação recebe o maior percentual do débito cardíaco renal pulmonar coronariana muscular esquelético durante esforço intenso pele durante esforço intenso 18 Qualis dos seguintes causam aumento do volume sistólico do ventrículo esquerdo aumento da contratilidade diminuição do volume diastólico final aumento da pressão aórtica 19 Durante qualis partes do ciclo cardíaco a valva aórtica se abre sístole atrial ejeção ventricular rápida diástase 20 De acordo com as curvas de função cardíaca e vascular o aumento da RPT leva a do retorno venoso e do débito cardíaco 21 Que situação está associada à maior eficiência do consumo de oxigênio do miocárdio aumento do débito cardíaco secundário ao aumento da frequência cardíaca ou diminuição do débito cardíaco secundário ao aumento da pressão aórtica 22 Três resistores cada um com um valor de 10 estão dispostos em paralelo Por quanto a resistência total varia se um quarto resistor com valor de 10 for adicionado em paralelo 23 O vaso sanguíneo A tem área transversa de 1 cm2 e o vaso sanguíneo B tem área transversa de 10 cm2 Se o fluxo sanguíneo pelos dois vasos for o mesmo em qual vaso a velocidade do fluxo sanguíneo será maior 24 Onde estou Para cada item na lista a seguir dê o local correto no sistema cardiovascular O local pode ser anatômico um gráfico ou uma porção de um gráfico uma equação ou um conceito Incisura dicrótica Receptores β1 338 Lmáx Raio à quarta potência Fosfolambano Efeito dromotrópico negativo Pressão de pulso Automaticidade normal Fração de ejeção 25 Durante quais seções do ciclo cardíaco a valva mitral fica fechada Sístole atrial de ejeção ventricular rápida relaxamento ventricular isovolumétrico diástase 26 Durante o exercício qual dos seguintes diminuem A frequência cardíaca o retorno venoso volume sistólico diâmetro das arteríolas esplâncnicos RTP 27 De acordo com o ciclo pressãovolume ventricular um aumento da póscarga produz um aumento em qual das seguintes opções Volume diastólico final pressão diastólica final volume sistólico final volume sistólico 28 Qualis das seguintes ésão mediadas por um aumento em Ica Efeito simpático para aumentar a frequência cardíaca efeito parassimpático para diminuir a frequência cardíaca efeito simpático para aumentar a contratilidade efeito parassimpático para diminuir a velocidade de condução no nodo AV Leituras selecionadas Berne R M Levy M N Cardiovascular Physiology 8th ed St Louis Mosby 2001 Guyton A C Hall J E Textbook of Medical Physiology 9th ed Philadelphia WB Saunders 1996 Smith J J Kampine J P Circulatory Physiology 3rd ed Baltimore Williams Wilkins 1990 Nota da Revisão Científica Entendese estado estável como o estado em que o fluxo de energia é constante não se alterando ou variando 339 5 Fisiologia Respiratória Estrutura do Sistema Respiratório Volumes e Capacidades Pulmonares Mecânica da Respiração Trocas Gasosas Transporte de Oxigênio no Sangue Transporte do Dióxido de Carbono no Sangue Relações VentilaçãoPerfusão Controle da Respiração Funções Integrativas Hipoxemia e Hipóxia Resumo Desafie a Si Mesmo A função do sistema respiratório é a troca de oxigênio e dióxido de carbono entre o ambiente e as células do corpo Ar fresco é trazido para o interior dos pulmões durante a fase inspiratória do ciclo respiratório oxigênio e dióxido de carbono são trocados entre o ar inspirado e o sangue capilar pulmonar e o ar é então expirado Estrutura do sistema respiratório Vias Aéreas O sistema respiratório inclui os pulmões e a série de vias aéreas que conectam os pulmões ao ambiente externo As estruturas do sistema respiratório são subdivididas na zona de condução ou vias aéreas de condução que traz o ar para dentro e para fora dos pulmões e na zona respiratória revestida com os alvéolos onde ocorrem as trocas gasosas As funções das zonas de condução e respiratória diferem e também as estruturas que as revestem Fig 51 340 FIGURA 51 Estrutura das vias aéreas O número das várias estruturas está descrito para os dois pulmões Zona de Condução A zona de condução inclui nariz nasofaringe laringe traqueia brônquios bronquíolos e bronquíolos terminais Essas estruturas funcionam levando ar para dentro e para fora da zona respiratória onde ocorre a troca gasosa com aquecimento umidificação e filtragem do ar antes que ele chegue à crítica região de trocas gasosas A traqueia é a principal via condutora aérea Ela se divide em dois brônquios um para cada pulmão que se dividem em brônquios menores que se dividem de novo Ao final ocorrem 23 dessas divisões nas vias aéreas progressivamente menores As vias de condução aérea são revestidas por células secretoras de muco e células ciliadas que atuam na remoção de partículas inaladas Embora partículas grandes geralmente sejam filtradas no nariz pequenas partículas podem penetrar nas vias aéreas onde são captadas por muco sendo então levadas para cima pelo batimento rítmico dos cílios As paredes das vias condutoras aéreas contêm músculo liso Esse músculo liso recebe inervação tanto simpática quanto parassimpática com efeitos opostos sobre o diâmetro das vias aéreas 1 Neurônios simpáticos adrenérgicos ativam receptores β2 na musculatura brônquica lisa que causa relaxamento e dilatação das vias aéreas Além disso o que é mais importante esses receptores β2 são ativados por epinefrina circulante liberada pela medula suprarrenal e pelos agonistas β2 adrenérgicos como o isoproterenol 2 Neurônios parassimpáticos colinérgicos ativam receptores 341 muscarínicos causando contração e constrição das vias aéreas Mudanças no diâmetro das vias condutoras aéreas resultam em alterações na sua resistência o que produz mudanças no fluxo de ar Dessa forma os efeitos do sistema nervoso autônomo sobre os diâmetros das vias aéreas têm efeitos previsíveis sobre a resistência das vias aéreas e do fluxo de ar Os efeitos mais notáveis são os dos agonistas β2adrenérgicos p ex epinefrina isoproterenol e albuterol que são usados para dilatar as vias aéreas no tratamento da asma Zona Respiratória A zona respiratória inclui as estruturas revestidas com os alvéolos e dessa forma participam das trocas gasosas os bronquíolos respiratórios os ductos alveolares e os sacos alveolares Os bronquíolos respiratórios são estruturas de transição À semelhança das vias aéreas eles possuem cílios e musculatura lisa mas são considerados parte da região de trocas gasosas porque brotam ocasionalmente alvéolos de suas paredes Os ductos alveolares são completamente revestidos com alvéolos mas não contêm cílios e apenas muito pouca musculatura lisa Os ductos alveolares terminam nos sacos alveolares que também são revestidos por alvéolos Os alvéolos são evaginações na forma de sacos das paredes dos bronquíolos respiratórios dos ductos alveolares e dos sacos alveolares Cada pulmão tem no total aproximadamente 300 milhões de alvéolos O diâmetro de cada alvéolo é de cerca 200 µm As trocas de oxigênio O2 e dióxido de carbono CO2 entre o gás alveolar e o sangue do capilar pulmonar podem ocorrer rápida e eficientemente através dos alvéolos porque as paredes alveolares são delgadas tendo grande área de superfície para a difusão As paredes alveolares são circundadas com fibras elásticas e circundadas por células epiteliais chamadas pneumócitos ou células alveolares tipo I e tipo II Os pneumócitos tipo II sintetizam o surfactante pulmonar necessário para a redução da tensão superficial dos alvéolos e têm capacidade regenerativa para os pneumócitos tipo I e tipo II Os alvéolos contêm células fagocíticas denominadas macrófagos alveolares Os macrófagos alveolares mantêm os alvéolos livres de poeira e de refugos celulares já que os alvéolos não contêm cílios para executar essa função Os macrófagos se enchem com o refugo e migram para os bronquíolos onde os batimentos dos cílios transportam esse refugo para as vias aéreas superiores e faringe quando podem ser deglutidos ou expectorados Fluxo Sanguíneo Pulmonar O fluxo sanguíneo pulmonar é o débito cardíaco do lado direito do coração Ele é ejetado do ventrículo direito e levado para os pulmões pela artéria pulmonar Cap 4 Fig 41 As artérias pulmonares se ramificam em artérias progressivamente menores e cursam com os brônquios na direção às zonas respiratórias As menores artérias se dividem em arteríolas e daí em capilares pulmonares que formam densas redes ao 342 redor dos alvéolos Devido a efeitos gravitacionais o fluxo sanguíneo pulmonar não é distribuído uniformemente nos pulmões Quando a pessoa está em postura ortostática o fluxo sanguíneo é menor no ápice parte superior e maior na base parte inferior dos pulmões Quando a pessoa está supina deitada de costas esses efeitos gravitacionais desaparecem O significado fisiológico das variações regionais no fluxo sanguíneo será discutido adiante neste capítulo Como em outros órgãos a regulação do fluxo sanguíneo pulmonar é realizada pela alteração da resistência das arteríolas pulmonares Mudanças da resistência arteriolar pulmonar são controladas por fatores locais principalmente O2 A circulação brônquica é o suprimento sanguíneo para as vias condutoras aéreas que não participam nas trocas gasosas e é fração muito pequena do fluxo sanguíneo pulmonar total Volumes e capacidades pulmonares Volumes Pulmonares Os volumes estáticos dos pulmões são medidos por espirometria Tabela 51 Tipicamente o sujeito fica sentado e respira para dentro e para fora do espirômetro deslocando sua cúpula O volume deslocado é registrado sobre papel calibrado Fig 5 2 Tabela 51 Abreviações e Valores Normais Associados à Fisiologia Respiratória Abreviação Significado Valor Normal P Pressão do gás ou pressão parcial Fluxo sanguíneo V Volume do gás Intensidade do fluxo gasoso F Concentração fracional do gás A Gás alveolar a Sangue arterial v Sangue venoso E Gás expirado I Gás inspirado P Transpulmonar TM Transmural Sangue Arterial Pressão parcial de O2 no sangue arterial 100 mmHg Pressão parcial de CO2 no sangue arterial 40 mmHg 343 Sangue Venoso Misto Pressão parcial de O2 no sangue venoso 40 mmHg Pressão parcial de CO2 no sangue venoso 46 mmHg Ar Inspirado Pressão parcial de O2 no ar inspirado seco 160 mmHg Pressão parcial de CO2 no ar inspirado seco 0 mmHg Ar Alveolar Pressão parcial de O2 no ar alveolar 100 mmHg Pressão parcial de CO2 no ar alveolar 40 mmHg Volumes e Intensidades Respiratórias CPT Capacidade pulmonar total 60 L CRF Capacidade residual funcional 24 L CV Capacidade vital 47 L VC Volume corrente 05 L Ventilação alveolar Frequência respiratória 15 respiraçõesmin VM Espaço morto fisiológico 015 L CVF Capacidade vital forçada 47 L VEF1 Volume da capacidade vital forçada expirado em 1 segundo Constantes Patm ou Pb Pressão atmosférica barométrica 760 mmHg nível do mar Ph2o Pressão do vapor de água 47 mmHg 37 C CPTP Condições padrão de temperatura e pressão seco 273K 760 mmHg TCPS Temperatura do corpo pressão saturada 310K 760 mmHg 47 mmHg Solubilidade de O2 no sangue 0003 mL O2100 mL sanguemmHg Solubilidade de CO2 no sangue 007 mL CO2100 mL sanguemmHg Outros Valores Concentração de hemoglobina 15 g100 mL sangue Capacidade de ligação do O2 à hemoglobina 134 mL O2g hemoglobina Consumo de O2 250 mLmin Produção de CO2 200 mLmin R Quociente de troca respiratória produção de CO2consumo de O2 08 344 FIGURA 52 Volumes e capacidades pulmonares As medidas dos volumes e das capacidades pulmonares são feitas por espirometria O volume residual não pode ser medido por espirometria Primeiro pedese ao sujeito que respire calmamente A respiração calma normal envolve a inspiração e expiração do volume corrente Vc O volume corrente é de cerca 500 mL e inclui o volume de ar que preenche os alvéolos somado ao volume de ar que preenche as vias aéreas Então o sujeito é solicitado a executar uma inspiração máxima seguida por expiração máxima Com essa manobra outros volumes são revelados O volume adicional que pode ser inspirado além do volume corrente é chamado volume inspiratório de reserva aproximadamente 3000 mL O volume adicional que pode ser expirado aquém do volume corrente é chamado de volume expiratório de reserva aproximadamente 1200 mL O volume restante de gás nos pulmões após expiração forçada máxima é o volume residual VR aproximadamente 1200 mL e não pode ser medido por espirometria Capacidades Pulmonares Além desses volumes existem algumas capacidades pulmonares cada capacidade inclui dois ou mais volumes pulmonares A capacidade inspiratória CI é composta pelo volume corrente mais o volume inspiratório de reserva e equivale a cerca de 3500 mL 500 mL 3000 mL A capacidade residual funcional CRF é composta pelo volume expiratório de reserva VER mais o volume residual ou cerca de 2400 mL 1200 mL 1200 mL O CRF é o volume restante nos pulmões após a expiração de volume corrente normal e pode ser considerado como o volume de equilíbrio dos pulmões A capacidade vital CV é composta pela capacidade inspiratória mais o volume expiratório de reserva ou cerca de 4700 mL 3500 mL 1200 mL A capacidade vital é o volume que pode ser expirado após inspiração máxima Seu valor aumenta com o tamanho do corpo gênero masculino e condicionamento físico e declina com a idade Finalmente como a terminologia sugere a capacidade pulmonar total CPT inclui todos os volumes pulmonares é a capacidade vital mais o volume 345 residual ou 5900 mL 4700 mL 1200 mL Como o volume residual não pode ser medido por espirometria as capacidades que incluem o volume residual CRF e CPT também não podem ser medidas por esse método Das capacidades pulmonares não mensuráveis por espirometria a CRF o volume que permanece nos pulmões após a expiração normal é de grande interesse já que é o volume de repouso ou de equilíbrio dos pulmões São utilizados dois métodos para se medir a CRF a diluição do hélio e a pletismografia corpórea No método da diluição do hélio o sujeito respira quantidade conhecida de hélio que tenha sido adicionado ao espirômetro Como o hélio é insolúvel no sangue após algumas respirações a concentração desse gás nos pulmões se torna igual à do espirômetro que pode ser medida A quantidade de hélio que foi adicionada ao espirômetro e sua concentração nos pulmões são usadas para calcular de volta o volume pulmonar Se essa medida for feita após volume corrente normal ser expirado o volume pulmonar sendo calculado é a CRF A pletismografia corpórea emprega variante da lei de Boyle que afirma que para um gás em temperatura constante a pressão gasosa multiplicada pelo volume do gás é constante P V constante Assim se o volume aumenta a pressão deve diminuir e se o volume diminui a pressão deve aumentar Para medir a CRF o sujeito sentase em cabine espaçosa vedada ao ar chamada pletismógrafo Após expirar volume corrente normal a boquilha que fornece acesso às vias aéreas do sujeito é fechada O sujeito então tenta respirar Enquanto tenta inspirar o volume dos pulmões aumenta e a pressão em seus pulmões diminui Simultaneamente o volume na cabine se reduz e a pressão aumenta O aumento da pressão na caixa pode ser medido e a partir dele o volume préinspiratório nos pulmões pode ser calculado que é a CRF Espaço Morto Espaço morto é o volume das vias aéreas e pulmões que não participa nas trocas gasosas O espaço morto é termo geral que se refere tanto ao espaço morto anatômico das vias aéreas condutoras quanto ao espaço morto funcional ou fisiológico Espaço Morto Anatômico O espaço morto anatômico é o volume das vias condutoras aéreas incluindo o nariz eou boca traqueia brônquios e bronquíolos Ele não inclui os bronquíolos respiratórios e alvéolos O volume das vias aéreas condutoras é de cerca de 150 mL Assim por exemplo quando o volume corrente de 500 mL é inspirado o volume total não alcança os alvéolos para as trocas gasosas Os 150 mL preenchem as vias condutoras aéreas o espaço morto anatômico onde nenhuma troca gasosa ocorre e 350 mL preenchem os alvéolos A Figura 53 mostra que ao final da expiração as vias condutoras aéreas ficam cheias com ar alveolar isto é eles são preenchidos com ar que já esteve nos alvéolos e trocaram gases com os capilares sanguíneos pulmonares Com a inspiração do próximo volume corrente esse ar alveolar é o primeiro a entrar no 346 alvéolo embora não passará por trocas gasosas adicionais já passei por isso O próximo ar a entrar nos alvéolos é o ar fresco a partir do volume corrente inspirado 350 mL que vai passar pelas trocas gasosas O restante do volume corrente 150 mL não chega até o alvéolo mas permanece nas vias de condução aérea esse ar não participará na troca gasosa e será o primeiro ar a ser expirado Um ponto relacionado se origina desta discussão o primeiro ar expirado é o ar do espaço morto anatômico e que não sofreu troca gasosa Para amostrar o ar alveolar devese retirar uma amostra do ar ao final da expiração FIGURA 53 Espaço morto anatômico Um terço de cada volume corrente preenche o espaço morto anatômico Vc Volume corrente Espaço Morto Fisiológico O conceito de espaço morto fisiológico é mais abstrato que o conceito de espaço morto anatômico Por definição o espaço morto fisiológico é o volume total dos pulmões que não participa na troca gasosa O espaço morto fisiológico inclui o espaço morto anatômico das vias condutoras aéreas mais o espaço morto funcional nos alvéolos O espaço morto funcional pode ser imaginado como os alvéolos ventilados que não participam nas trocas gasosas A causa mais importante pela qual os alvéolos não participam nas trocas gasosas é o descompasso da ventilação e perfusão ou o chamado defeito ventilaçãoperfusão no qual alvéolos ventilados não são perfundidos por sangue capilar pulmonar Em pessoas normais o espaço morto fisiológico é aproximadamente igual ao espaço morto anatômico Em outras palavras a ventilação e a perfusão fluxo sanguíneo alveolares são normalmente bem combinadas e o espaço morto funcional é pequeno Em certas situações patológicas no entanto o espaço morto fisiológico pode tornarse maior que o espaço morto anatômico sugerindo defeito na ventilaçãoperfusão A proporção entre o espaço morto fisiológico e o volume corrente 347 provê uma estimativa de quanta ventilação é desperdiçada tanto nas vias de condução aérea ou nos alvéolos não perfundidos O volume do espaço morto fisiológico é estimado pelo método seguinte que é baseado na medida da pressão parcial de CO2 Pco2 e do ar expirado misturado e nas três hipóteses seguintes 1 todo o CO2 no ar expirado é oriundo da troca do CO2 nos alvéolos funcionantes ventilados e perfundidos 2 não existe essencialmente nenhum CO2 no ar inspirado e 3 o espaço morto fisiológico vias aéreas e alvéolos não funcionantes não troca nem contribui com qualquer CO2 Se o espaço morto fisiológico é zero então a será igual à Pco2 alveolar No entanto se existe espaço morto fisiológico a será diluída pelo ar do espaço morto e a será menor que a por um fator de diluição Então pela comparação da com a o fator de diluição o volume do espaço morto fisiológico pode ser medido Problema em potencial na determinação do espaço morto fisiológico é que o ar alveolar não pode ser amostrado de forma direta Esse problema pode ser contornado no entanto pelo fato de o ar alveolar normalmente se equilibrar com o sangue capilar pulmonar que se torna sangue arterial sistêmico Assim a Pco2 do sangue arterial sistêmico é igual à da Pco2 do ar alveolar Usando essa hipótese o volume do espaço morto fisiológico é calculado pela seguinte equação onde VM Espaço morto fisiológico mL VC Volume corrente mL do sangue arterial mmHg do ar expirado mesclado mmHg Em palavras a equação diz que o volume do espaço morto fisiológico é o volume corrente volume inspirado em respiração única multiplicado por uma fração A fração representa a diluição da Pco2 alveolar pelo ar do espaço morto que não contribui com qualquer CO2 Para melhor apreciar a equação e sua aplicação considere dois exemplos extremos No primeiro supõese que o espaço morto fisiológico é zero e no segundo exemplo que o espaço morto fisiológico seja igual a todo o volume corrente No primeiro exemplo que o espaço morto é zero a Pco2 do ar expirado será a mesma que a Pco2 do sangue arterial já que não existe qualquer ventilação desperdiçada 348 A fração na equação é igual a zero E no segundo exemplo no qual o espaço morto é igual ao volume corrente inteiro não existem trocas gasosas dessa forma a será zero e a fração será 10 e VM será igual a Vc Intensidade da Ventilação A intensidade de ventilação é o volume de ar movido para dentro e para fora dos pulmões por unidade de tempo A intensidade da ventilação pode ser expressa tanto como a ventilação minuto que é a intensidade total de ar movido para dentro e para fora dos pulmões ou a ventilação alveolar que a corrige para espaço morto fisiológico Para calcular a ventilação alveolar o espaço morto fisiológico deve primeiro ser medido o que envolve a amostragem do sangue arterial sistêmico como descrito na seção precedente A ventilação minuto é dada pela seguinte equação A ventilação alveolar é a ventilação minuto corrigida para espaço morto fisiológico e a dada pela seguinte equação onde Ventilação alveolar mLmin VC Volume corrente mL VM Espaço morto fisiológico mL Exemplo de problema Homem com volume corrente de 550 mL está respirando na frequência de 14 respiraçõesmin A Pco2 em seu sangue arterial é 40 mmHg e a Pco2 no seu ar expirado é 30 mmHg Qual é sua ventilação minuto Qual sua ventilação alveolar Que porcentagem de cada volume corrente atinge os alvéolos funcionais Que porcentagem de cada volume corrente é espaço morto Solução A ventilação minuto é o volume corrente vezes as respirações por minuto ou 349 A ventilação alveolar é a ventilação minuto corrigida para o espaço morto fisiológico que deve ser calculado Esse problema ilustra o método usual de se avaliar o espaço morto fisiológico que representa as estruturas que são ventiladas mas não estão trocando CO2 Assim a ventilação alveolar é Se o volume corrente é 550 mL e o espaço morto fisiológico é 138 mL então o volume de ar fresco que alcança os alvéolos funcionais a cada respiração é 412 mL ou 75 de cada volume corrente O espaço morto é consequentemente 25 de cada volume corrente Equação da Ventilação Alveolar A equação da ventilação alveolar é a relação fundamental da fisiologia respiratória e descreve a relação inversa entre a ventilação alveolar e a Pco2 alveolar A equação da ventilação alveolar é expressa como se segue 350 ou rearranjando onde Ventilação alveolar mLmin Taxa da produção de CO2 mLmin Pco2 alveolar mmHg K Constante 863 mmHg A constante K é igual a 863 mmHg para as condições de TCPS e quando e são expressos na mesma unidade p ex mLmin A TCPS significa temperatura corpórea 37 C pressão ambiente 760 mmHg e gás saturado com vapor de água Usando a forma rearranjada da equação a Pco2 alveolar pode ser prevista se duas variáveis forem conhecidas 1 a intensidade da produção de CO2 a partir de metabolismo aeróbico dos tecidos e 2 a ventilação alveolar que excreta esse CO2 no ar expirado Ponto crítico a ser compreendido a partir da equação da ventilação alveolar é que se a produção de CO2 for constante então a PaCO2 é determinada pela ventilação alveolar Para nível constante de produção de CO2 existe relação hiperbólica entre a e a Fig 54 Aumentos na ventilação alveolar causam redução na de modo contrário reduções na ventilação alveolar causam aumento na 351 FIGURA 54 A Pco2 alveolar ou arterial em função da ventilação alveolar A relação é descrita pela equação da ventilação alveolar Quando a produção de CO2 é duplicada de 200 mLmin para 400 mLmin a ventilação alveolar também deve duplicar para manter a e a a 40 mmHg Um ponto crítico adicional que não é imediatamente evidente da equação é que porque o CO2 sempre se equilibra entre o sangue dos capilares pulmonares e gás alveolar a arterial é sempre igual a alveolar Consequentemente que pode ser medido pode ser substituído por na discussão anterior Então por que a arterial e alveolar varia inversamente com a ventilação alveolar Para entender a relação inversa primeiro perceba que a ventilação alveolar está retirando CO2 do sangue capilar pulmonar A cada respiração ar sem CO2 é trazido para dentro dos pulmões o que gera um gradiente para a difusão de CO2 a partir de sangue capilar pulmonar no gás alveolar o CO2 retirado do sangue capilar pulmonar então será expirado Quanto maior a ventilação alveolar mais CO2 é puxado para fora do sangue e menor a e a porque o alveolar sempre se equilibra com a arterial Quanto menor for a ventilação alveolar menos CO2 é puxado para fora do sangue e maior e Outra maneira de pensar sobre a ventilação alveolar é considerar como a relação entre a e a deveria ser alterada por variação da produção de CO2 Por 352 exemplo se a produção de CO2 ou duplica p ex durante exercício extenuante a relação hiperbólica entre a e a se desloca para a direita Fig 54 Sob essas condições a única maneira para manter a nesse valor normal aproximadamente 40 mmHg é se a ventilação alveolar também duplicar O gráfico mostra que se a produção de CO2 aumentar de 200 mLmin para 400 mLmin a é mantida a 40 mmHg se simultaneamente aumentar de 5 Lmin para 10 Lmin Equação do Gás Alveolar A equação da ventilação alveolar descreve a dependência da Pco2 alveolar e arterial da ventilação alveolar A segunda equação a equação do gás alveolar é usada para predizer a Po2 alveolar baseada na Pco2 alveolar e é ilustrada pelo diagrama O2CO2 na Figura 55 A equação do gás alveolar é expressa como FIGURA 55 A Pco2 em função da Po2 A relação é descrita pela equação do gás alveolar As variações da Po2 entre o ar inspirado e sangue venoso misto são muito maiores que as variações da Pco2 onde Po2 alveolar mmHg Po2 no ar inspirado mmHg alveolar mmHg 353 R Proporção da troca respiratória ou quociente respiratório produção de CO2consumo de O2 O fator de correção é pequeno e geralmente ignorado No estado estável R a proporção das trocas respiratórias equivale ao quociente respiratório De acordo com a equação da ventilação alveolar apresentada antes quando a ventilação cai pela metade a duplica porque menos CO2 é removido dos alvéolos A segunda consequência de reduzir a ventilação alveolar pela metade é que a vai diminuir diminuição na ventilação alveolar significa que menos O2 é trazido para o interior dos alvéolos A equação do gás alveolar prevê que mudança da ocorrerá para cada dada mudança na Como o valor normal para a relação das trocas respiratórias é 08 quando a ventilação cai pela metade a redução da será ligeiramente maior que o aumento da Para resumir quando a cai pela metade a é duplicada e a é pouco mais que sua metade Subsequente inspeção da equação do gás alveolar revela que se por alguma razão as proporções das trocas respiratórias mudam a relação entre a e a também varia Como dito o valor normal da proporção das trocas respiratórias é 08 No entanto a intensidade de produção de CO2 cai relativamente à do consumo de O2 p ex se o quociente respiratório e a proporção das trocas respiratórias forem 06 em vez de 08 então a vai diminuir relativamente à Exemplo de problema Homem possui taxa de produção de CO2 que é 80 da taxa de consumo de O2 Se sua Pco2 arterial é 40 mmHg e a Po2 no ar umidificado traqueal for 150 mmHg qual será sua Po2 alveolar Solução Para solucionar este problema uma afirmação básica é que o CO2 equilibrase entre o sangue arterial e o ar alveolar Assim a necessária para a equação do gás alveolar se equivale à dada no problema Usando a equação do gás alveolar a pode ser calculada a partir da se o quociente respiratório e a Po2 de ar inspirado forem conhecidos É afirmado que a produção de CO2 é 80 do consumo de O2 assim o quociente respiratório é 08 que é valor normal A é calculada como segue 354 Esse valor calculado para a PaO2 pode ser confirmado no diagrama O2CO2 mostrado na Figura 54 O gráfico indica que o gás alveolar ou o sangue arterial com a Pco2 de 40 mmHg terá a Po2 de 100 mmHg quando o quociente respiratório é 08 exatamente o valor calculado pela equação do gás alveolar Volumes Expiratórios Forçados A capacidade vital é o volume que pode ser expirado após a inspiração máxima Capacidade vital forçada CVF é o volume total de ar que pode ser forçadamente expirado após inspiração máxima como mostrado na Figura 56 O volume de ar que pode ser forçadamente expirado no primeiro segundo é chamado VEF1 De modo semelhante o volume cumulativo expirado após 2 segundos é chamado de VEF2 e o volume cumulativo expirado após 3 segundos é chamado VEF3 Normalmente a capacidade vital pode ser forçadamente expirada em 3 segundos então não há necessidade para uma VEF4 355 FIGURA 56 A CVF e a VEF1 em sujeitos normais e pacientes com doença pulmonar Sujeitos inspiraram maximamente e então expiraram forçadamente AC os gráficos mostram a fase de expiração forçada O volume total que é forçadamente expirado é chamado de capacidade vital forçada CVF O volume expirado no primeiro segundo é chamado de VEF1 A CVF e a VEF1 são índices úteis de doença pulmonar Especificamente a fração da capacidade vital que pode ser expirada no primeiro segundo VEF1CVF pode ser utilizada para diferenciar entre as doenças Por exemplo na pessoa normal a VEF1CVF é de cerca de 08 significando que 80 da capacidade vital podem ser expirados no primeiro segundo de expiração forçada Fig 56A Em paciente com uma doença obstrutiva pulmonar como a asma tanto a CVF quanto a VEF1 ficam reduzidas mas a VEF1 se reduz mais que a CVF Dessa forma VEF1CVF ficará também diminuída o que é típico da obstrução de vias aéreas com resistência aumentada ao fluxo aéreo Fig 56B No paciente com doença pulmonar restritiva como a fibrose tanto a CVF e VEF1 ficam reduzidas mas a VEF1 está menos diminuída que a CVF Assim na fibrose VEF1CVF ficará na verdade aumentada Fig 56C Mecânica da respiração Músculos Usados para Respirar Músculos da Inspiração O diafragma é o músculo mais importante para a inspiração Quando o diafragma se contrai os conteúdos abdominais são empurrados para baixo e as costelas são elevadas para cima e para fora Essas alterações produzem aumento do volume intratorácico que reduz a pressão intratorácica e inicia o fluxo de ar para os pulmões Durante o exercício quando a frequência respiratória e o volume corrente aumentam os músculos intercostais externos e músculos auxiliares podem também ser usados para inspiração mais vigorosa 356 Músculos da Expiração A expiração normalmente é um processo passivo O ar é conduzido para fora dos pulmões pelo gradiente reverso de pressão entre os pulmões e a atmosfera até que o sistema alcance de novo seu ponto de equilíbrio Durante o exercício ou em doenças em que a resistência está aumentada p ex asma os músculos expiratórios podem auxiliar no processo Os músculos expiratórios incluem os músculos abdominais que comprimem a cavidade abdominal e empurram o diafragma para cima e os músculos intercostais internos que empurram as costelas para baixo e para dentro Complacência O conceito de complacência tem o mesmo significado no sistema respiratório que no cardiovascular a complacência descreve a capacidade de distensão do sistema No sistema respiratório a complacência dos pulmões e da caixa torácica é de fundamental interesse Relembre que a complacência é uma medida de como o volume varia como resultado de uma variação da pressão Assim a complacência pulmonar descreve a alteração do volume pulmonar para dada variação na pressão A complacência dos pulmões e da caixa torácica é inversamente correlacionada com suas propriedades elásticas ou elastância Para apreciar a correlação inversa entre a complacência e a elasticidade considere dois elásticos de borracha um grosso e outro fino O elástico fino tem a menor quantidade de tecido elástico ele é facilmente estirado muito distensível e mais complacente O elástico grosso tem a maior quantidade de tecido elástico é difícil de estirar menos distensível e menos complacente Ainda mais quando estirado o elástico grosso com sua maior elasticidade se retrai com mais vigor que o elástico fino Assim quanto maior a quantidade de tecido elástico maior a tendência para se retrair e maior a força de retração elástica mas com menor complacência Medir a complacência pulmonar envolve o registro simultâneo da pressão e do volume pulmonar O termo pressão pode no entanto ser ambíguo já que pode significar pressão dentro dos alvéolos pressão por fora dos alvéolos ou até mesmo pressão transmural através das paredes dos alvéolos A pressão transmural é a pressão através de uma estrutura Por exemplo a pressão transpulmonar é a diferença entre a pressão intraalveolar e a pressão intrapleural o espaço intrapleural entre os pulmões e a caixa torácica Finalmente as pressões pulmonares são sempre referidas à pressão atmosférica que se supõe que seja zero Pressões iguais às pressões atmosféricas consideradas como sendo zero pressões maiores que as atmosféricas são positivas e pressões menores são negativas Complacência dos Pulmões A relação pressãovolume no pulmão isolado está ilustrada na Figura 57 Para essa demonstração o pulmão foi retirado e colocado em recipiente O espaço por fora do pulmão é análogo à pressão intrapleural A pressão fora do pulmão é modificada por bomba a vácuo para simular as alterações das pressões intrapleurais Enquanto a 357 pressão externa ao pulmão é alterada o volume do pulmão é medido por espirômetro O pulmão é inflado com pressão externa negativa e então desinflado pela redução dessa pressão negativa A sequência de inflação seguida pela desinflação produz a curva pressãovolume A inclinação de cada membro da curva pressãovolume é a complacência do pulmão isolado FIGURA 57 Complacência do pulmão A relação entre o volume e a pressão pulmonares é obtida inflando e desinflando o pulmão isolado A inclinação de cada curva é a complacência No pulmão cheio de ar a inspiração inflar e a expiração desinflar seguem curvas diferentes o que é conhecido como histerese No experimento com o pulmão inflado por ar as vias aéreas e os alvéolos estão abertos para a atmosfera e a pressão alveolar fora do pulmão é tornada negativa com a bomba a vácuo o pulmão se infla e seu volume aumenta É essa pressão negativa externa que expande os pulmões sendo então a pressão expansiva Os pulmões se enchem com ar ao longo da região inspiratória da curva pressãovolume À pressão de expansão máxima quando os alvéolos estão cheios ao limite eles se tornam rígidos e menos complacentes e a curva se achata Uma vez que os pulmões estejam maximamente expandidos a pressão fora dos pulmões é gradualmente tornada menos negativa fazendo com que o volume se reduza ao longo da região de expiração da curva pressãovolume Característica pouco comum da curva pressãovolume para o pulmão preenchido com ar é que as inclinações das relações para inspiração e expiração são diferentes um 358 fenômeno chamado de histerese Desde que a inclinação da relação pressãovolume é a complacência seguese que a complacência do pulmão também deve diferir para a inspiração e para a expiração Para uma dada pressão no lado externo o volume do pulmão é maior durante a expiração do que durante a inspiração ie a complacência é maior durante a expiração do que é durante a inspiração Em geral a complacência é medida na região da expiração da curva pressãovolume desde que a região da inspiração é complicada pela redução na complacência nas pressões expansíveis máximas Por que são diferentes as regiões de inspiração e expiração da curva de complacência pulmonar Já que a complacência é propriedade intrínseca do pulmão que depende da quantidade de tecido elástico poderseia pensar que as duas curvas seriam iguais A explicação para as diferentes curvas ie histerese depende da tensão superficial da interface arlíquido do pulmão cheio com ar as forças intermoleculares atrativas entre as moléculas dos líquidos que circundam o pulmão são muito mais intensas que as forças entre o líquido e as moléculas de ar Diferentes curvas são produzidas para a inspiração e para a expiração do pulmão cheio com ar pelo seguinte Na região da inspiração começase em baixos volumes pulmonares onde as moléculas do líquido ficam muito perto entre si e as forças intermoleculares são mais intensas para inflar o pulmão devese primeiro romper essas forças intermoleculares O surfactante discutido em seção posterior tem papel na histerese Brevemente o surfactante é fosfolipídio produzido pelas células alveolares tipo II e funciona como detergente para reduzir a tensão superficial e aumentar a complacência pulmonar Durante a inflação do pulmão região de inspiração o surfactante produzido de novo pelas células alveolares tipo II surge na camada líquida que reveste os alvéolos e rompe essas forças intermoleculares para reduzir a tensão superficial Na parte inicial da curva de inspiração nos menores volumes pulmonares a área da superfície está aumentando mais rapidamente do que o surfactante pode ser adicionado à camada líquida dessa forma a densidade do surfactante é baixa a tensão superficial é alta a complacência é baixa e a curva é achatada Enquanto se procede com a inflação a densidade do surfactante aumenta o que reduz a tensão superficial aumenta a complacência e aumenta a inclinação da curva Na região de expiração começase com grandes volumes pulmonares onde as forças entre as moléculas de água são baixas não é necessário romper essas forças intermoleculares para desinflação do pulmão Durante o desinflar do pulmão região de expiração a área de superfície diminui mais rápido do que a capacidade de remoção do surfactante do líquido margeante e a densidade das moléculas de surfactante rapidamente aumenta o que reduz a tensão superficial e aumenta a complacência dessa forma a porção inicial da região de expiração é achatada Enquanto se procede com a expiração o surfactante é removido do revestimento líquido e a densidade do surfactante permanece relativamente constante como também a complacência do pulmão Em resumo para o pulmão cheio com ar as curvas observadas da complacência são determinadas em parte pela complacência intrínseca do pulmão e em parte pela 359 tensão superficial da interface arlíquido O papel da tensão superficial é demonstrado pela repetição do experimento no pulmão cheio com salina As áreas de inspiração e expiração são as mesmas quando a interface líquidoar e também a tensão superficial é eliminada Complacência da Parede da Caixa Torácica A Figura 58 mostra a relação entre os pulmões e a parede da caixa torácica As vias aéreas condutoras são representadas por tubo único e a região de trocas gasosas é representada por alvéolo único O espaço intrapleural entre os pulmões e a parede do tórax é mostrado muito maior do que o tamanho normal Assim como os pulmões a caixa torácica é complacente Sua complacência pode ser demonstrada pela introdução de ar no espaço intrapleural que cria um pneumotórax FIGURA 58 Diagrama esquemático do pulmão e do sistema pulmãocaixa torácica O espaço intrapleural está exagerado e situado entre os pulmões e a caixa torácica Para compreender as consequências do pneumotórax devese primeiro lembrar que normalmente o espaço intrapleural tem pressão negativa menor que a atmosférica Essa pressão intrapleural negativa é criada por duas forças elásticas opostas atuando no espaço intrapleural os pulmões com suas propriedades elásticas tendem a colapsar e a caixa torácica com suas propriedades elásticas tende a se expandir Fig 59 Quando essas duas forças opostas atuam no espaço intrapleural é criada pressão ou vácuo negativa Por sua vez essa pressão intrapleural negativa se opõe à tendência natural dos pulmões de colapsar e da caixa torácica de se expandir ie evita o colapso dos pulmões e a expansão da caixa torácica 360 FIGURA 59 Pressão intrapleural na pessoa normal e na pessoa com pneumotórax Os números são pressões em cmH2O As pressões são referidas à pressão atmosférica assim zero pressão significa igual à pressão atmosférica As setas mostram forças elásticas se expandindo ou colapsando Normalmente no repouso a pressão intrapleural é 5 cmH2O devido às forças iguais e opostas tentando colapsar os pulmões e expandindo a caixa torácica Com o pneumotórax as pressões intrapleurais se igualam à pressão atmosférica fazendo com que os pulmões se colapsem e a caixa torácica se expanda Quando objeto pontudo perfura o espaço intrapleural ar é introduzido no interior desse espaço pneumotórax e a pressão intrapleural repentinamente se iguala à pressão atmosférica dessa forma em vez do seu valor negativo normal a pressão intrapleural passa a ser zero Existem duas importantes consequências do pneumotórax Fig 59 Primeiro sem a pressão intrapleural negativa para manter os pulmões abertos eles colapsam Segundo sem a pressão intrapleural negativa para impedir a expansão da parede da caixa torácica essa se expande se você está tendo problemas em imaginar o porquê de a caixa torácica querer se expandir pense na caixa torácica como mola que você normalmente mantém contida entre seus dedos É claro que a caixa torácica real está contida pela pressão intrapleural negativa em vez da força de seus dedos Se você libera seus dedos ou elimina a pressão intrapleural negativa a mola ou a caixa torácica se expandem Curvas PressãoVolume para os Pulmões Caixa Torácica e Pulmão e Caixa Torácica Combinados As curvas pressãovolume podem ser obtidas para os pulmões isolados ie por um pulmão isolado em recipiente para a caixa torácica isolada e para o sistema combinado pulmãocaixa torácica como mostrado na Figura 510 A curva para a caixa torácica isolada é obtida pela subtração da curva do pulmão isolado a partir da curva combinada pulmãocaixa torácica descrita adiante A curva para o pulmão isolado é similar à mostrada na Figura 57 com a histerese eliminada em prol da simplicidade A curva para o pulmãocaixa torácica combinados é obtida pelo treinamento do sujeito 361 em respirar para dentro e para fora de espirômetro como se segue o sujeito inspira e expira até dado volume A válvula do espirômetro é fechada e o sujeito relaxa seus músculos respiratórios e a pressão das vias aéreas do sujeito são medidas chamada de pressão de relaxamento Dessa forma valores para a pressão das vias aéreas são obtidos para uma série de volumes estáticos do pulmão e do sistema combinado pulmãocaixa torácica Quando o volume é a capacidade residual funcional CRF a pressão nas vias aéreas é zero e se iguala à pressão atmosférica Em volumes menores que a CRF as pressões nas vias aéreas são negativas menos volume menos pressão Em volumes maiores que a CRF as pressões das vias aéreas são positivas mais volume mais pressão FIGURA 510 Complacência dos pulmões da caixa torácica e do sistema combinado pulmãocaixa torácica A posição de equilíbrio é a capacidade residual funcional CRF onde as forças expansivas na caixa torácica são exatamente iguais às forças colapsantes nos pulmões A inclinação para cada uma das curvas na Figura 510 é a complacência A complacência da caixa torácica isolada é aproximadamente igual à da complacência dos pulmões isolados notar que no gráfico as inclinações são semelhantes No entanto a complacência do sistema pulmãocaixa torácica é menor que a de cada estrutura isoladamente ie a curva para o sistema pulmãocaixa torácica é mais achatada Visualize um balão os pulmões dentro de outro balão a caixa torácica Cada balão é em si complacente mas o sistema combinado é menos complacente e mais difícil de expandir A maneira mais fácil de interpretar as curvas na Figura 510 é iniciar no volume da 362 CRF que é o volume do repouso ou equilíbrio do sistema caixa torácicapulmão A CRF é o volume presente nos pulmões após a pessoa ter expirado volume corrente normal Quando se compreender os gráficos à CRF então os compare a volumes menores que a CRF Volume é CRF Quando o volume for a CRF o sistema combinado pulmãocaixa torácica está em equilíbrio A pressão das vias aéreas é igual à pressão atmosférica que é zero quando o volume é a CRF a curva combinada pulmãocaixa torácica intercepta o eixo X na pressão de vias áreas igual a zero Na CRF devido às suas estruturas elásticas os pulmões querem colapsar e a caixa torácica deseja se expandir Se essas forças elásticas não tivessem oposição essas estruturas fariam exatamente isso No entanto na CRF a posição de equilíbrio a força colapsante sobre os pulmões é exatamente igual à força expansiva da caixa torácica como mostrada pelas setas equidistantes o sistema pulmãocaixa torácica combinados não tem tendência nem a colapsar nem a expandir Volume é menor que a CRF Quando o volume no sistema é menor que a CRF ie o sujeito realiza a expiração forçada no espirômetro existe menos volume nos pulmões e a força colapsante elástica dos pulmões é menor A força de expansão da caixa torácica é maior mas no entanto o sistema combinado pulmãocaixa torácica deseja se expandir notar no gráfico que em volumes menores que a CRF a força colapsante sobre os pulmões é menor que a força de expansão da caixa torácica e que a pressão nas vias aéreas para o sistema combinado é negativa assim o conjunto combinado tende a se expandir como o ar flui para dentro dos pulmões seguindo o gradiente de pressão Volume é maior que a CRF Quando o volume no sistema é maior que a CRF ie o sujeito inspira do espirômetro existe mais volume nos pulmões e a força colapsante elástica do pulmão é maior A força de expansão da caixa torácica é menor no entanto e o sistema combinado pulmãocaixa torácica deseja colapsar notar no gráfico que em volumes maiores que a CRF a força colapsante sobre os pulmões é maior que a força de expansão na parede do tórax e que a pressão nas vias aéreas para o sistema combinado é positiva sendo assim o sistema como um todo tende a colapsar como o ar flui para fora dos pulmões seguindo o gradiente de pressão Em volumes pulmonares elevados tanto os pulmões quanto a caixa torácica desejam colapsar notar que a curva da caixa torácica cruzou o eixo vertical em volumes elevados e existe força colapsante intensa sobre o sistema combinado Doenças da Complacência Pulmonar Se a complacência dos pulmões se modifica devido a doença as inclinações das relações se alteram e como resultado o volume do sistema combinado pulmão e caixa torácica também se altera como ilustrado na Figura 511 Como referência as relações normais da Figura 510 são mostradas no topo da Figura 511 Por conveniência cada componente do sistema está mostrado em gráfico separado ie caixa torácica isolada pulmão isolado e combinado com a caixa torácica A caixa torácica isolada está 363 incluída apenas para completar a figura já que sua complacência não é afetada por essas doenças As linhas sólidas em cada um dos três gráficos mostram a relação normal da Figura 510 As linhas tracejadas mostram o efeito das doenças FIGURA 511 Mudanças na complacência da caixa torácica A nos pulmões B e no sistema combinado pulmãocaixa torácica C no enfisema e na fibrose O ponto de equilíbrio a capacidade residual funcional CRF é aumentada no enfisema e reduzida na fibrose Enfisema aumento na complacência pulmonar O enfisema um componente da doença pulmonar obstrutiva crônica DPOC está associado à perda das fibras elásticas nos pulmões Como resultado a complacência dos pulmões aumenta relembre a relação inversa entre complacência e elasticidade O aumento na complacência está associado a maior mais íngreme inclinação da curva volume pressão para o pulmão Fig 511B Como resultado em dado volume a força colapsante retração elástica dos pulmões fica aumentada No valor original da CRF a tendência dos pulmões a colapsar é menor que a tendência da caixa torácica em se expandir e essas forças opostas não estarão mais balanceadas Para que as forças opostas sejam balanceadas deve ser adicionado volume aos pulmões para 364 aumentar a força colapsante Assim o sistema combinado pulmãocaixa torácica procura uma nova e maior CRF onde as duas forças opostas possam ser balanceadas Fig 511C o novo ponto de interseção onde a pressão das vias aéreas é zero está aumentado Sabese que paciente com enfisema respira a volumes pulmonares mais altos em reconhecimento à maior CRF e com tórax com formato de barril Fibrose redução na complacência pulmonar Fibrose chamada doença restritiva pulmonar está associada com o aumento da rigidez dos tecidos pulmonares e complacência reduzida A redução da complacência produz diminuição da inclinação da curva volumepressão para o pulmão Fig 511B Na CRF normal a tendência dos pulmões em colapsarem é maior que a tendência da caixa torácica em se expandir e as forças opostas não estarão mais balanceadas Para restabelecer o equilíbrio o sistema pulmãocaixa torácica vai procurar uma nova e menor CRF Fig 511C o novo ponto de intersecção onde a pressão nas vias aéreas é zero está reduzido Tensão Superficial dos Alvéolos O pequeno tamanho dos alvéolos apresenta problema especial para mantêlos abertos Esse problema pode ser explicado como se segue os alvéolos são revestidos internamente por delgada camada de líquido As forças atrativas entre as moléculas adjacentes do líquido são mais fortes que as forças atrativas entre as moléculas do líquido e as moléculas do gás nos alvéolos o que cria a tensão superficial Enquanto as moléculas do líquido são mantidas juntas por forças atrativas a área da superfície se torna tão pequena quanto possível formando uma esfera como bolhas de sabão no final de um tubo A tensão superficial gera pressão que tende a colapsar essa esfera A pressão gerada por tal esfera é dada pela lei de Laplace onde P Pressão colapsante sobre o alvéolo dinacm2 ou Pressão necessária para manter os alvéolos abertos dinacm2 T Tensão superficial dinacm r Raio do alvéolo cm A lei de Laplace diz que a pressão que tende a colapsar os alvéolos é diretamente proporcional à tensão superficial gerada pelas moléculas de líquido revestindo o alvéolo e inversamente proporcional ao raio Fig 512 Devido à sua relação inversa com o raio o alvéolo grande com grande raio terá baixa pressão colapsante e assim vai necessitar apenas de pressão mínima para se manter aberto Por outro lado o 365 alvéolo pequeno com pequeno raio terá elevada pressão colapsante e necessitará de mais pressão para se manter aberto Assim pequenos alvéolos não são ideais devido à sua tendência de colapsar Por outro lado do ponto de vista das trocas gasosas os alvéolos necessitam ser tão pequenos quanto possível para aumentar a sua área total de superfície em relação ao volume Esse conflito fundamental é resolvido pelo surfactante FIGURA 512 Efeitos do tamanho alveolar e do surfactante sobre a pressão colapsante O tamanho das setas mostra a magnitude relativa da pressão colapsante Surfactante Da discussão do efeito sobre o raio na pressão colapsante a questão levantada é Como os alvéolos pequenos permanecem abertos sob alta pressão colapsante A resposta a essa questão é encontrada no surfactante mistura de fosfolipídios que revestem o alvéolo e reduzem sua tensão superficial Ao reduzir a tensão superficial o surfactante reduz a pressão colapsante para um determinado raio A Figura 512 mostra dois alvéolos pequenos um contendo surfactante e o outro não No sem surfactante a lei de Laplace prevê que os alvéolos menores irão colapsar atelectasia Naquele com presença do surfactante o mesmo raio pequeno irá permanecer aberto inflado com ar porque a pressão colapsante foi reduzida O surfactante é sintetizado a partir de ácidos graxos pelas células alveolares do tipo II A composição exata do surfactante permanece desconhecida mas o constituinte mais importante é a dipalmitoil fosfatidilcolina DPPC O mecanismo pelo qual o DPPC reduz a tensão superficial é baseado na natureza anfipática da molécula fosfolipídica ie hidrofóbica em uma extremidade e hidrofílica na outra As moléculas da DPPC se alinham na superfície alveolar com suas porções hidrofóbicas atraídas entre si e suas porções hidrofílicas repelidas As forças intermoleculares entre as moléculas da DPPC rompem as forças de atração entre as moléculas do líquido que revestem o interior dos alvéolos a responsável pela grande tensão superficial Assim quando o surfactante está presente a tensão superficial e a pressão colapsante são reduzidas e os pequenos alvéolos são mantidos abertos 366 O surfactante promove outra vantagem na função pulmonar ele aumenta a complacência pulmonar que reduz o trabalho de expansão dos pulmões durante a inspiração relembre da Figura 511 que aumentar a complacência dos pulmões reduz a força colapsante em qualquer dado volume de forma que é mais fácil para os pulmões se expandirem Na síndrome do sofrimento respiratório neonatal o surfactante está ausente No feto em desenvolvimento a síntese do surfactante se inicia até na 24a semana gestacional e está quase sempre presente em torno da 35a semana Quanto mais prematuro nasce o bebê menor a chance de o surfactante estar presente Bebês nascidos antes da 24a semana nunca terão surfactante e aqueles nascidos entre a 24a e a 35a terão quantidade incerta de surfactante As consequências para a falta do surfactante deveriam ser claras a essa altura sem o surfactante os pequenos alvéolos possuem tensão superficial e pressão aumentadas e irão colapsar atelectasia Alvéolos colapsados não são ventilados e assim não podem participar nas trocas gasosas isto é chamado de desvio discutido adiante consequentemente se desenvolve hipoxemia Sem surfactante a complacência pulmonar ficará diminuída e o trabalho de inflar os pulmões durante a respiração estará aumentado Relações entre Fluxo de Ar Pressão e Resistência A relação entre o fluxo de ar a pressão e a resistência nos pulmões é análoga à relação no sistema cardiovascular O fluxo aéreo é análogo ao fluxo sanguíneo pressões gasosas são análogas a pressões dos líquidos e a resistência das vias aéreas é análoga à resistência dos vasos sanguíneos A seguinte relação é agora familiar onde Q Fluxo aéreo mLmin ou Lmin ΔP Gradiente de pressão mmHg ou cmH2O R Resistência das vias aéreas cmH2OLs Em palavras o fluxo aéreo Q é diretamente proporcional à diferença de pressão ΔP entre a boca ou nariz e os alvéolos e é inversamente proporcional à resistência das vias aéreas R É importante compreender que a diferença de pressão é a força motriz sem a diferença de pressão o fluxo aéreo não pode ocorrer Para ilustrar esse ponto compare as pressões que existem nas diferentes fases do ciclo respiratório no repouso entre as respirações e durante a inspiração Entre as respirações a pressão alveolar se iguala à pressão atmosférica não existe gradiente de pressão nenhuma força motriz e nenhum fluxo aéreo Por outro lado durante a inspiração o diafragma se contrai para aumentar o volume pulmonar o que reduz a pressão alveolar e estabelece o gradiente 367 de pressão que ativa o fluxo aéreo para os pulmões Resistência das Vias Aéreas No sistema respiratório como no sistema cardiovascular o fluxo é inversamente proporcional à resistência Q ΔPR A resistência é determinada pela lei de Poiseuille Assim onde R Resistência η Viscosidade do ar inspirado l Comprimento da via aérea r Raio da via aérea Notar a potente relação que existe entre a resistência R e o raio r das vias aéreas à quarta potência Por exemplo se o raio das vias aéreas diminui por um fator de 2 a resistência não aumenta simplesmente por duas vezes ela aumenta 24 ou 16 vezes Quando a resistência aumenta por 16 vezes o fluxo aéreo se reduz por 16 vezes um efeito dramático Os brônquios de tamanho médio são os locais da maior resistência das vias aéreas Poderia parecer que as menores vias aéreas proveriam as maiores resistências ao fluxo aéreo baseado na relação inversa à quarta potência entre a resistência e o raio No entanto devido à sua disposição em paralelo as menores vias aéreas não exercem a maior resistência coletiva Relembre quando os vasos sanguíneos são dispostos em paralelo a resistência total é menor que as resistências individuais e a adição de um vaso sanguíneo em paralelo diminui a resistência total Cap 4 Esses mesmos princípios de resistências paralelas se aplicam às vias aéreas Mudanças na Resistência das Vias Aéreas A relação entre a resistência e o diâmetro raio das vias aéreas é potente baseada na relação à quarta potência Seria lógico dessa forma que variações do diâmetro das vias aéreas fossem os principais mecanismos para se alterar a resistência e o fluxo aéreo O músculo liso nas paredes das vias aéreas condutoras é inervado por fibras nervosas autonômicas quando ativadas essas fibras produzem constrição ou dilatação das vias aéreas Mudanças do volume pulmonar e da viscosidade do ar inspirado podem também mudar a resistência ao fluxo aéreo Sistema nervoso autônomo A musculatura lisa brônquica é inervada pelas fibras nervosas parassimpáticas colinérgicas e por fibras nervosas simpáticas adrenérgicas A ativação dessas fibras produz constrição ou dilatação da 368 musculatura lisa brônquica que diminui ou aumenta o diâmetro das vias aéreas como se segue 1 Estimulação parassimpática produz constrição da musculatura lisa brônquica diminuindo o diâmetro das vias aéreas e aumentando a resistência ao fluxo de ar Esses efeitos podem ser simulados por agonistas muscarínicos p ex muscarina ou carbacol e podem ser bloqueados por antagonistas muscarínicos p ex atropina A constrição da musculatura lisa brônquica também ocorre na asma e em resposta a agentes irritantes 2 Estimulação simpática produz relaxamento da musculatura lisa dos brônquios via estimulação de receptores β2 O relaxamento da musculatura lisa brônquica resulta em aumento do diâmetro das vias aéreas e redução da resistência ao fluxo aéreo Assim agonistas β2 tais como epinefrina isoproterenol e albuterol produzem relaxamento da musculatura lisa brônquica o que justifica sua utilidade no tratamento da asma Volume pulmonar Mudanças do volume pulmonar alteram a resistência das vias aéreas porque o parênquima pulmonar a seu redor exerce tração radial das vias aéreas Volumes pulmonares elevados são associados às maiores trações o que diminui a resistência da via aérea Baixos volumes pulmonares são associados a menor tração o que aumenta a resistência da via aérea mesmo ao ponto das vias aéreas colapsarem Pessoas com asma respiram elevados volumes pulmonares e parcialmente ajustam a resistência das vias aéreas por causa da sua doença o maior volume mantido auxilia a reduzir a resistência das vias aéreas como mecanismo de compensação Viscosidade do ar inspirado η O efeito da viscosidade do ar inspirado sobre a resistência é claro pela relação de Poiseuille Embora menos comuns aumentos da viscosidade do gás p ex como ocorre durante mergulho marinho profundo produzem aumentos da resistência Já a redução na viscosidade p ex respirar um gás de baixa densidade como o hélio produz diminuição na resistência Ciclo Respiratório O ciclo respiratório normal é ilustrado nas Figuras 513 e 514 Para os propósitos da discussão o ciclo respiratório é dividido em fases repouso o período entre respirações inspiração e expiração Na Figura 513 três parâmetros são mostrados graficamente para descrever o ciclo respiratório o volume do ar movido para dentro e para fora dos pulmões a pressão intrapleural e a pressão alveolar 369 FIGURA 513 Volumes e pressões durante o ciclo respiratório normal Pressão intrapleural e pressão alveolar são em referência à pressão atmosférica Letras A a D correspondem a fases do ciclo respiratório na Figura 514 370 FIGURA 514 Pressões durante o ciclo respiratório normal Os números fornecem pressões em cmH2O em relação à pressão atmosférica Patm Os números sobre as setas amarelas dão a magnitude das pressões transmurais A grande seta azul mostra o fluxo aéreo para dentro e para fora dos pulmões A Repouso B metade da inspiração C fim da inspiração D metade da expiração A Figura 514 mostra uma figura familiar dos pulmões representada por um alvéolo e a caixa torácica As pressões em cmH2O são mostradas em diferentes pontos no ciclo respiratório A pressão atmosférica é zero e valores para a pressão alveolar e intrapleural são dados nos espaços apropriados As setas amarelas mostram a direção e grandeza da pressão transmural através dos pulmões Por convenção a pressão transmural é calculada como a pressão alveolar menos a pressão intrapleural Se a pressão transmural é positiva é uma pressão de expansão no pulmão e a seta amarela aponta para fora Por exemplo se a pressão alveolar é zero e a pressão intrapleural é 5 cmH2O existe pressão expansiva sobre os pulmões de 5 cmH2O 0 5 cmH2O 5 cmH2O Se a pressão transmural é negativa é pressão colapsante sobre o pulmão e a 371 seta amarela aponta para dentro não ilustrado nesta figura Note que para todas as fases do ciclo respiratório normal apesar das variações das pressões alveolar e intrapleural as pressões transmurais através dos pulmões são tais que eles sempre permanecem abertos A grande seta azul mostra a direção do fluxo aéreo para o interior ou exterior dos pulmões Repouso Repouso é o período entre os ciclos respiratórios quando o diafragma está na sua posição de equilíbrio Figs 513 e 514A No repouso nenhuma quantidade de ar está se movendo para dentro ou para fora dos pulmões A pressão alveolar se iguala à pressão atmosférica e como as pressões pulmonares são sempre referidas com relação à pressão atmosférica a pressão alveolar é dita ser zero Não existe fluxo de ar no repouso porque não existe diferença de pressão entre a atmosfera boca ou nariz e os alvéolos No repouso a pressão intrapleural é negativa ou aproximadamente 5 cmH2O A razão para isto já foi explicada acima as forças opostas dos pulmões tentando colapsar e as da caixa torácica tentando se expandir criam pressão negativa no espaço intrapleural entre elas Relembre a partir do experimento com pulmão isolado num recipiente que a pressão negativa externa ie pressão intrapleural negativa mantém os pulmões inflados ou expandidos A pressão transmural através dos pulmões no repouso é 5 cmH2O pressão alveolar menos pressão intrapleural o que significa que essas estruturas estarão abertas O volume presente nos pulmões no repouso é o volume do equilíbrio ou CRF que por definição é o volume remanescente nos pulmões após expiração normal Inspiração Durante a inspiração o diafragma se contrai fazendo com que o volume do tórax aumente Enquanto o volume pulmonar aumenta a pressão nos pulmões deve diminuir lei de Boyle diz que P V é constante a qualquer temperatura Na metade do processo da inspiração Figs 513 e 514B a pressão alveolar cai abaixo da pressão atmosférica 1 cmH2O O gradiente de pressão entre a atmosfera e os alvéolos estimula o fluxo aéreo para o interior do pulmão O ar flui para dentro dos pulmões até que ao final da inspiração Fig 514C a pressão alveolar fica novamente igual à pressão atmosférica o gradiente de pressão entre a atmosfera e os alvéolos se dissipou cessa o fluxo aéreo para dentro dos pulmões O volume de ar inspirado em uma respiração é o volume corrente Vc que é aproximadamente 05 L Assim o volume presente nos pulmões ao final da inspiração normal é a capacidade residual funcional mais um volume corrente CRF Vc Durante a inspiração a pressão intrapleural fica até mesmo mais negativa do que no repouso Existem duas explicações para esse efeito 1 enquanto o volume pulmonar aumenta a pressão de recolhimento elástico dos pulmões também aumenta e puxa mais fortemente contra o espaço intrapleural e 2 as pressões das vias aéreas e 372 alveolar se tornam negativas Juntos estes dois efeitos fazem com que a pressão intrapleural fique mais negativa ou de cerca de 8 cmH2O ao final da inspiração A extensão na qual a pressão intrapleural muda de pressão durante a inspiração pode ser usada para estimar a complacência dinâmica dos pulmões Expiração Normalmente a expiração é um processo passivo A pressão alveolar fica positiva maior que a pressão atmosférica porque as forças elásticas dos pulmões comprimem o maior volume de ar nos alvéolos Quando a pressão alveolar aumenta acima da pressão atmosférica Figs 513 e 514D o ar flui para fora dos pulmões e o volume nos pulmões retorna para a CRF O volume expirado é o volume corrente Ao final da expiração Figs 513 e 514A todos os volumes e pressões retornam aos seus valores de repouso e o sistema está pronto para iniciar o próximo ciclo respiratório Expiração Forçada Na expiração forçada a pessoa deliberada e forçadamente respira para fora Os músculos expiratórios são usados para fazer as pressões do pulmão e das vias aéreas mais positivas que as vistas na expiração normal passiva A Figura 515 mostra exemplo das pressões geradas durante uma expiração forçada a pessoa com pulmão normal é comparada a outra tendo doença pulmonária obstrutiva crônica DPOC 373 FIGURA 515 Pressões através dos alvéolos e vias condutoras aéreas durante a expiração forçada em pessoa normal e pessoa com enfisema Os números fornecem as pressões em cmH2O e são expressos em relação à pressão atmosférica Os números sobre as setas amarelas mostram a magnitude da pressão transmural A direção das setas amarelas indica se a pressão transmural está expandindo seta para fora ou colapsando seta para dentro As setas azuis mostram o fluxo aéreo para dentro e para fora dos pulmões Na pessoa com pulmões normais a expiração forçada torna as pressões muito positivas nos pulmões e nas vias aéreas Tanto as pressões das vias aéreas quanto as alveolares são aumentadas até valores muito maiores que os que ocorrem durante a expiração passiva Dessa forma durante a expiração passiva normal a pressão alveolar é 1 cmH2O Fig 514D nesse exemplo de expiração forçada a pressão nas vias aéreas é 25 cmH2O e a pressão alveolar é 35 cmH2O Fig 515 Durante a expiração forçada a contração dos músculos expiratórios também aumenta a pressão intrapleural agora até valor positivo de 20 cmH2O A questão importante é Será que os pulmões e vias aéreas colapsam sob essas condições de pressão intrapleural positiva Não enquanto a pressão transmural permanecer positiva as vias aéreas ficarão abertas Durante expiração normal forçada a pressão transmural através das vias aéreas é a pressão nas vias condutoras de ar menos a pressão intrapleural ou 5 cmH2O 25 20 5 cmH2O a pressão transmural através dos pulmões é a pressão alveolar menos a pressão intrapleural ou 15 cmH2O 35 20 15 cmH2O Dessa maneira tanto as vias aéreas quanto alvéolos permanecerão abertos porque as pressões transmurais são positivas A expiração será rápida e forçada porque o gradiente de pressão entre os alvéolos 35 cmH2O e a atmosfera 0 é muito maior que o normal Na pessoa com enfisema no entanto a expiração forçada pode fazer com que as vias 374 aéreas se colapsem No enfisema a complacência pulmonar aumenta devido à perda da elasticidade Durante a expiração forçada a pressão intrapleural é aumentada para o mesmo valor que a pessoa normal 20 cmH2O No entanto como as estruturas têm menor retração elástica as pressões alveolar e das vias aéreas são menores que na pessoa normal O gradiente da pressão transmural através dos pulmões permanece com pressão expansiva positiva 5 cmH2O e os alvéolos permanecem abertos No entanto as grandes vias aéreas colapsam porque o gradiente de pressão transmural através delas se reverte tornandose pressão transmural negativa colapsante de 5 cmH2O Obviamente se as grandes vias aéreas colapsam a resistência ao fluxo aéreo aumenta e a expiração é mais difícil Pessoas com enfisema aprendem a expirar lentamente com lábios franzidos o que aumenta a pressão nas vias aéreas prevenindo a reversão do gradiente de pressão transmural através das grandes vias aéreas e assim evitando o colapso Trocas gasosas As trocas gasosas no sistema respiratório se referem à difusão do O2 e do CO2 nos pulmões e nos tecidos periféricos O O2 é transferido do gás alveolar para o sangue capilar pulmonar e em última instância entregue aos tecidos onde se difunde do sangue capilar sistêmico para dentro das células O CO2 é entregue dos tecidos ao sangue venoso para o sangue capilar pulmonar sendo transferido para o gás alveolar para ser expirado Leis dos Gases Os mecanismos das trocas gasosas são baseados nas propriedades fundamentais dos gases e incluem seu comportamento em solução Essa seção revisa esses princípios Lei Geral dos Gases A lei geral dos gases familiar pelos cursos de química diz que o produto da pressão vezes o volume de um gás é igual ao número de moles do gás multiplicado pela constante dos gases multiplicado pela temperatura Assim onde P Pressão mmHg V Volume L n Moles mol R Constante dos gases 375 T Temperatura K O único truque na aplicação da lei geral dos gases à fisiologia respiratória é saber que na fase gasosa usase TCPS mas na fase líquida a CPTP é usada O TCPS significa temperatura corpórea 37 C ou 310K pressão ambiente e gás saturado com vapor de água Para os gases dissolvidos no plasma a CPTP é usada significando temperatura padrão 0 C ou 273K pressão padrão 760 mmHg e gás seco O volume gasoso nas BTPS pode ser convertido ao volume na CPTP pela multiplicação do volume nas BTPS por 273310 Pb 47760 onde Pb é a pressão barométrica e 47 mmHg é a pressão de vapor de água a 37 C Lei de Boyle A lei de Boyle é um caso especial da lei geral dos gases Ela diz que em dada temperatura o produto da pressão vezes o volume para um gás é constante Assim A aplicação da lei de Boyle ao sistema respiratório foi discutida em exemplo anterior Relembre os eventos que ocorrem durante a inspiração quando o diafragma se contrai para aumentar o volume pulmonar para manter o produto da pressão vezes o volume constante a pressão do gás nos pulmões deve diminuir enquanto o volume pulmonar aumenta é esse aumento da pressão do gás que representa a força motriz para o fluxo aéreo para o interior dos pulmões Lei de Dalton das Pressões Parciais A lei de Dalton das pressões parciais é aplicada frequentemente na fisiologia respiratória Ela diz que a pressão parcial de um gás em mistura de gases é a pressão que aquele gás exerceria se ocupasse o volume total da mistura Assim a pressão parcial é a pressão total multiplicada pela concentração fracional do gás seco ou A relação para o gás umidificado é determinada pela correção da pressão barométrica pela pressão do vapor de água Assim 376 onde Px Pressão parcial do gás mmHg Pb Pressão barométrica mmHg Ph2o Pressão do vapor de água a 37 C 47 mmHg F Concentração fracional do gás nenhuma unidade Seguese a partir da lei de Dalton das pressões parciais que a soma das pressões parciais de todos os gases em uma mistura equivale à pressão total da mistura Assim a pressão barométrica PB é a soma das pressões parciais de O2 CO2 N2 e H2O As porcentagens dos gases no ar seco à pressão barométrica de 760 mmHg com os correspondentes valores de F entre parênteses são as seguintes O2 21 021 N2 79 079 e CO2 0 0 Já que o ar é umidificado nas vias aéreas a pressão de vapor de água é obrigatoriamente igual a 47 mmHg a 37C Exemplo de problema Calcule a pressão parcial do O2 Po2 no ar inspirado seco e compare com o valor da Po2 no ar traqueal umidificado a 37C A concentração fracional de O2 no ar inspirado é 021 Solução A Po2 do ar inspirado seco é calculada pela multiplicação da pressão da mistura de gases ie a pressão barométrica pela concentração fracional de O2 que é 021 Assim no ar inspirado seco A Po2 no ar traqueal umidificado é menor que a Po2 do ar inspirado seco porque a pressão total deve ser corrigida pela pressão de vapor de água ou 47 mmHg a 37C Assim no ar umidificado traqueal 377 A Lei de Henry para a Concentração dos Gases Dissolvidos A lei de Henry lida com gases dissolvidos em solução p ex sangue Tanto o O2 quanto o CO2 são dissolvidos no sangue uma solução indo para ou vindos dos pulmões Para calcular a concentração gasosa na fase líquida a pressão parcial do gás é inicialmente convertida à pressão parcial na fase líquida em seguida a pressão parcial no líquido é convertida para a concentração no líquido Ponto importante mas não necessariamente evidente é que no equilíbrio a pressão parcial de um gás na fase líquida é igual à pressão parcial na fase gasosa Assim se a pressão no ar alveolar tiver a Po2 de 100 mmHg o capilar sanguíneo que se equilibra com o ar alveolar também terá a Po2 de 100 mmHg A lei de Henry é usada para converter a pressão parcial do gás na fase líquida para a concentração do gás na fase líquida p ex sangue A concentração do gás em solução é expressa como a porcentagem em volume ou volume do gás por 100 mL de sangue mL gás 100 mL sangue Assim para o sangue onde Cx Concentração do gás dissolvido mL gás100 mL sangue Px Pressão parcial do gás mmHg Solubilidade Solubilidade do gás no sangue mL gás100 mL sanguemmHg Por fim é importante compreender que a concentração de um gás em solução se aplica apenas ao gás dissolvido quer dizer livre em solução calculado com a lei de Henry e não inclui qualquer gás que esteja presente na forma ligada p ex gás ligado à hemoglobina ou proteínas plasmáticas Exemplo de problema Se a Po2 do sangue arterial for 100 mmHg qual é a concentração do O2 dissolvido no sangue dado que a solubilidade do O2 é 0003 mLO2100 mL sanguemmHg 378 Solução Para calcular a concentração do O2 dissolvido no sangue arterial simplesmente multiplique a Po2 pela solubilidade como segue A Difusão dos Gases Lei de Fick A transferência dos gases através de membranas celulares ou paredes capilares ocorre por difusão simples discutida no Capítulo 1 Para os gases a taxa da transferência por difusão é diretamente proporcional à força motriz ao coeficiente de difusão e à área de superfície disponível para difusão ela é inversamente proporcional à espessura da barreira de membrana Assim onde Volume do gás transferido por unidade de tempo D Coeficiente de difusão do gás A Área de superfície ΔP Diferença na pressão parcial do gás Δx Espessura da membrana Existem dois pontos especiais com respeito à difusão dos gases 1 A força motriz para a difusão de um gás é a diferença das pressões parciais do gás ΔP através da membrana e não a diferença de concentração Assim se a Po2 alveolar é 100 mmHg e a Po2 do sangue venoso misto que entra no capilar pulmonar é 40 mmHg então a diferença de pressão parcial ou força motriz para O2 através da barreira capilar alveo larcapilar é 60 mmHg 100 mmHg 40 mmHg 2 O coeficiente de difusão do gás D é uma combinação do coeficiente usual de difusão que depende da massa molecular Cap 1 e da solubilidade do gás O coeficiente de difusão do gás tem enormes implicações para sua taxa de difusão como ilustrado por diferenças nas intensidades da difusão do CO2 e O2 O coeficiente de difusão para o CO2 é 379 aproximadamente 20 vezes maior do que o coeficiente de difusão para o O2 como resultado para dada diferença na pressão parcial o CO2 se difunde cerca de 20 vezes mais rápido que o O2 Muitos dos termos na equação prévia para a difusão podem ser combinados em termo único chamado de capacidade difusional pulmonar Dp A Dp combina o coeficiente de difusão do gás a área de superfície da membrana A e a espessura da membrana Δx A Dp também leva em consideração o tempo requerido para o gás se combinar com proteínas no capilar sanguíneo pulmonar p ex ligação de O2 com a hemoglobina dos eritrócitos A Dp pode ser medida com o monóxido de carbono CO porque a transferência do CO através da barreira capilar alveolarpulmonar é limitada exclusivamente pelo processo de difusão A Dpco é medida usando o método de uma só respiração onde o sujeito respira mistura de gás contendo concentração baixa de CO a velocidade de desaparecimento do CO da mistura gasosa é proporcional à Dp Em várias doenças a Dp muda de forma previsível No enfisema por exemplo a Dp diminui porque a destruição dos alvéolos resulta em menor área de superfície para as trocas gasosas Na fibrose ou edema pulmonar a Dp diminui porque a distância de difusão espessura da membrana ou volume intersticial aumenta Na anemia a Dp diminui porque a quantidade de hemoglobina nos eritrócitos está reduzida relembre que a Dp envolve o componente de ligação em proteínas da troca de O2 Durante o exercício a Dp aumenta porque capilares adicionais são perfundidos com sangue e aumenta a área de superfície para a troca gasosa Formas de Gases em Solução No ar alveolar existe uma forma de gás que é expressa como pressão parcial No entanto em soluções como sangue gases são transportados em formas adicionais Em solução o gás pode estar dissolvido estar ligado a proteínas ou pode estar quimicamente modificado É importante compreender que a concentração gasosa total na solução é a soma do gás dissolvido mais o gás ligado mais o gás quimicamente modificado Gás dissolvido Todos os gases em solução são transportados em alguma quantidade na forma dissolvida A lei de Henry fornece a relação entre a pressão parcial do gás e sua concentração na solução para dada pressão parcial quanto maior a solubilidade do gás maior a concentração do gás em solução Em solução apenas as moléculas de gás dissolvido contribuem para a pressão parcial Em outras palavras o gás ligado e o quimicamente modificado não contribuem para a pressão parcial Dos gases encontrados no ar inspirado o nitrogênio N2 é o único que é carregado apenas na forma dissolvida e nunca na forma ligada nem quimicamente modificada Por essa simples característica o N2 é usado para certas medidas na fisiologia respiratória Gás ligado O O2 CO2 e monóxido de carbono CO ligamse a proteínas do sangue O O2 e o CO ligamse à hemoglobina nos eritrócitos e são transportados nessa 380 forma O CO2 se liga à hemoglobina nos eritrócitos e às proteínas plasmáticas Gás quimicamente modificado O exemplo mais significativo de gás quimicamente modificado é a conversão do CO2 a bicarbonato HCO3 nos eritrócitos por ação da anidrase carbônica De fato a maior parte do CO2 é transportada no sangue como HCO3 mais do que CO2 dissolvido ou CO2 ligado Visão Geral Transporte de Gases nos Pulmões Um alvéolo e um capilar próximo a ele são mostrados na Figura 516 O diagrama mostra que os capilares pulmonares são perfundidos com sangue a partir do coração direito o equivalente do sangue venoso misto As trocas gasosas então ocorrem entre o gás alveolar e o capilar pulmonar o O2 se difunde do gás alveolar para o interior do capilar pulmonar e o CO2 se difunde do sangue no capilar pulmonar para o interior do gás alveolar O sangue que deixa o capilar pulmonar é levado para o lado esquerdo do coração e se torna o sangue arterial sistêmico FIGURA 516 Diagrama esquemático de alvéolo e de capilar pulmonar próximo O sangue venoso misto entra no capilar pulmonar O2 é adicionado ao capilar sanguíneo pulmonar e o CO2 é removido pela transferência através da barreira alveolarcapilar O sangue arterial sistêmico deixa o capilar pulmonar A Figura 517 expande adicionalmente esse esquema e os valores para a Po2 e Pco2 foram incluídos em vários locais ar inspirado seco ar traqueal umidificado ar alveolar sangue venoso misto entrando os capilares pulmonares e sangue arterial sistêmico deixando os capilares pulmonares 381 FIGURA 517 Valores para a Po2 e Pco2 no ar inspirado seco ar traqueal umidificado ar alveolar e capilar sanguíneo pulmonar Os números são pressões parciais em mmHg A na realidade é ligeiramente menor que 100 mmHg por causa do desvio fisiológico No ar inspirado seco a Po2 é aproximadamente 160 mmHg que é computada pela multiplicação da pressão barométrica vezes a concentração fracional de O2 21 760 mmHg 021 160 mmHg Por razões práticas não há CO2 no ar inspirado seco e a Pco2 é zero No ar umidificado traqueal supõese que o ar se torne completamente saturado com vapor de água A 37 C a Ph2o é 47 mmHg Assim em comparação com o ar inspirado seco a Po2 é reduzida desde que o O2 é diluído pelo vapor de água Novamente lembrese de que as pressões parciais no ar umidificado são calculadas pela correção da pressão barométrica para o vapor de água então multiplicando pela concentração fracional do gás Dessa forma a Po2 do ar traqueal umidificado é 150 mmHg 760 mmHg 47 mmHg 021 150 mmHg Como não existe CO2 no 382 ar inspirado a Pco2 do ar umidificado traqueal é também zero O ar umidificado entra no alvéolo onde as trocas gasosas ocorrem No ar alveolar os valores para Po2 e Pco2 são alterados substancialmente quando comparados ao ar inspirado as notações para pressões parciais no ar alveolar usam o modificador A Tabela 51 A é 100 mmHg que é menor que no ar inspirado e a é 40 mmHg que é maior que no ar inspirado Essas mudanças ocorrem porque o O2 deixa o ar alveolar e é adicionado ao capilar sanguíneo pulmonar e o CO2 deixa o capilar sanguíneo pulmonar e entra no ar alveolar Normalmente as quantidades de O2 e CO2 transferidos entre os alvéolos e capilares sanguíneos pulmonares correspondem às necessidades do corpo Assim diariamente o O2 transferido do ar alveolar é igual ao consumo de O2 pelo corpo e o CO2 transferido para o ar alveolar equivale à produção de CO2 O sangue que entra nos capilares pulmonares é essencialmente sangue venoso misto Esse sangue foi retornado dos tecidos pelas veias para o lado direito do coração Ele foi bombeado do ventrículo direito para o interior da artéria pulmonar que o levou para os capilares pulmonares A composição desse sangue venoso misto reflete a atividade dos tecidos a Po2 está relativamente baixa 40 mmHg porque os tecidos captaram e consumiram o O2 a Pco2 é relativamente alta 46 mmHg porque os tecidos produziram CO2 e o adicionaram ao sangue venoso O sangue que deixa os capilares pulmonares foi arterializado oxigenado e se tornará sangue arterial sistêmico as notações para sangue arterial sistêmico usam o modificador a Tabela 51 A arterialização é afetada pela troca de O2 e CO2 entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar Como a difusão dos gases através da barreira alveolarcapilar é rápida o sangue deixando os capilares pulmonares normalmente tem as mesmas Po2 e Pco2 do ar alveolar ie ocorre equilíbrio completo Assim a é 100 mmHg e a é 40 mmHg da mesma forma que a PaO2 é 100 mmHg e a é 40 mmHg Esse sangue arterializado vai agora retornar ao lado esquerdo do coração bombeado para fora do ventrículo esquerdo pela aorta e iniciar um novo ciclo Existe pequena discrepância entre o ar alveolar e o sangue arterial sistêmico o sangue arterial sistêmico tem a Po2 levemente menor que o ar alveolar Essa discrepância é o resultado do desvio fisiológico que descreve a pequena fração de fluxo sanguíneo pulmonar que contorna os alvéolos e dessa forma não é arterializado O desvio fisiológico tem duas fontes o fluxo sanguíneo brônquico e a pequena porção do sangue venoso coronário que drena diretamente para o interior do ventrículo esquerdo em vez de ir para os pulmões e ser oxigenado O desvio fisiológico está aumentado em muitas condições patológicas chamadas de defeito da ventilaçãoperfusão Quando o tamanho do desvio aumenta o equilíbrio entre o gás alveolar e o sangue capilar pulmonar não pode ocorrer adequadamente e o sangue capilar pulmonar não é completamente arterializado A diferença A a descrita adiante neste capítulo expressa a diferença da Po2 entre o gás alveolar A e 383 o arterial sangue sistêmico a Se o desvio for pequeno ie fisiológico então a diferença A a é pequena e negligenciável se o desvio é maior que o normal então a diferença A a aumenta o grau em que o equilíbrio falha em acontecer O diagrama na Figura 517 enfatiza as mudanças da Po2 e Pco2 que ocorrem nos pulmões Os processos de troca que ocorrem nos tecidos periféricos não são mostrados na figura mas implícitos a partir das diferenças entre o sangue arterial sistêmico e o sangue venoso misto O sangue arterial sistêmico é levado aos tecidos onde o O2 se difunde dos capilares sistêmicos para os tecidos e é consumido produzindo CO2 que se difunde dos tecidos para os capilares Essa troca gasosa nos tecidos converte o sangue arterial sistêmico em sangue venoso misto que então deixa os capilares retorna ao coração direito e é levado para os pulmões Trocas Gasosas DifusãoLimitadas e PerfusãoLimitadas As trocas gasosas através da barreira alvéolocapilar pulmonar são descritas tanto como difusãolimitada quanto como perfusãolimitada As trocas gasosas difusãolimitadas significam que a quantidade total de gás transportada através da barreira alveolocapilar é limitada por processos de difusão Nesses casos enquanto o gradiente de pressão parcial para o gás for mantido a difusão continuará ao longo do comprimento do capilar As trocas gasosas perfusãolimitadas significam que a quantidade total do gás transportado através da barreira alveolocapilar é limitada pelo fluxo sanguíneo ie perfusão pelos capilares pulmonares Nas trocas perfusãolimitadas o gradiente de pressão parcial não é mantido e nesse caso a única maneira de aumentar a quantidade de gás transportado é aumentando o fluxo sanguíneo Exemplos de gases transferidos por trocas difusãolimitadas e perfusãolimitadas são usados para caracterizar esses processos Fig 518 Na figura a linha vermelha contínua mostra a pressão parcial de um gás no capilar sanguíneo pulmonar Pa em função do comprimento ao longo do capilar A linha verde tracejada no topo de cada painel fornece a pressão parcial do gás no ar alveolar Pa A área sombreada rosa fornece o gradiente de pressão parcial entre o gás alveolar e capilar sanguíneo ao longo do comprimento do capilar Como o gradiente de pressão parcial é a força motriz para a difusão do gás quanto maior for a área sombreada maior será o gradiente e maior a transferência resultante do gás 384 FIGURA 518 As trocas gasosas difusãolimitadas A e perfusãolimitadas B entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar A pressão parcial do gás no sangue pulmonar é mostrada em função do comprimento do capilar pela linha vermelha contínua A linha verde tracejada no topo da figura mostra a pressão parcial do gás no ar alveolar PA A área sombreada rosa fornece o tamanho da diferença na pressão parcial entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar que é a força motriz para difusão do gás CO Monóxido de carbono N2O óxido nitroso Dois exemplos são mostrados CO é gás difusãolimitado Fig 518A e o óxido nitroso N2O é gás perfusãolimitado Fig 518B O CO ou o N2O se difundem para fora do gás alveolar em direção ao interior dos capilares sanguíneos e como resultado a Pa para o gás aumenta ao longo do comprimento do capilar e se aproxima ou alcança o valor de Pa Se o valor para Pa alcança o valor de Pa então ocorreu completo equilíbrio Uma vez ocorrido o equilíbrio não existe mais força motriz para a difusão ie não existe mais gradiente de pressão parcial e a não ser que o fluxo sanguíneo aumente ie mais eritrócitos entrando no capilar pulmonar as trocas gasosas cessarão Troca Gasosa DifusãoLimitada A troca gasosa difusãolimitada é ilustrada pelo transporte de CO através da barreira alvéolocapilar pulmonar Fig 518A Ela é também ilustrada pelo transporte de O2 durante exercício extenuante e em condições patológicas como o enfisema e a fibrose A pressão parcial de CO no ar alveolar PaCO mostrada pela linha tracejada é constante ao longo do comprimento do capilar No início do capilar pulmonar não existe CO no sangue já que nenhum foi transferido do ar alveolar e a pressão parcial de CO no sangue capilar PaCO é zero Assim no início do capilar existe o maior gradiente de pressão para CO e a maior força motriz para difusão do CO do ar alveolar 385 para o interior do sangue Movendose ao longo do comprimento do capilar enquanto o CO se difunde para o interior dos capilares sanguíneos pulmonares a PaCO começa a subir Como resultado o gradiente de pressão parcial para a difusão diminui No entanto a PaCO aumenta apenas levemente ao longo do comprimento capilar porque no sangue capilar o CO é avidamente ligado à hemoglobina dos eritrócitos Quando o CO é ligado à hemoglobina ele não fica livre em solução e dessa forma não está produzindo pressão parcial relembre que apenas o gás dissolvido e livre causa aumento da pressão parcial Assim a ligação do CO à hemoglobina mantém baixa a concentração do CO livre e a pressão parcial mantendo eficazmente o gradiente para a difusão ao longo de todo o comprimento do capilar Em resumo a difusão resultante do CO para os capilares pulmonares depende ou é limitada pelo tamanho do gradiente de pressão parcial que é mantido pelo fato de o CO ser ligado à hemoglobina no capilar sanguíneo No entanto o CO não se equilibra ao final do capilar De fato se o capilar fosse maior a difusão resultante continuaria indefinidamente ou até que o equilíbrio fosse alcançado Troca Gasosa PerfusãoLimitada As trocas gasosas perfusãolimitadas são ilustradas pelo N2O Fig 518B mas também pelo O2 sob condições normais e pelo CO2 O N2O é usado como exemplo clássico das trocas gasosas perfusãolimitadas porque ele não está ligado a nada no sangue mas inteiramente livre em solução Como no exemplo do CO supõese que a PaN2O seja constante e a PaN2O seja zero no início do capilar pulmonar Dessa forma existe gradiente de pressão parcial intenso para o N2O entre o gás alveolar e o capilar sanguíneo e o N2O rapidamente se difunde para o interior dos capilares sanguíneos Como todo o N2O permanece livre no sangue todo ele cria pressão parcial Consequentemente a pressão parcial do N2O no sangue capilar pulmonar aumenta rapidamente e é completamente equilibrada com o gás alveolar na primeira quinta parte do capilar Uma vez tendo ocorrido o equilíbrio não existe mais gradiente de pressão parcial e então nenhuma força motriz para a difusão A difusão resultante do N2O cessa embora ainda restem quatro quintos do capilar Compare a área sombreada para o N2O Fig 518B com a do CO Fig 518A A área sombreada muito menor para o N2O ilustra as diferenças entre os dois gases Como ocorre o equilíbrio do N2O o único modo de aumentar a difusão efetiva do N2O é aumentando o fluxo sanguíneo Se mais sangue novo for levado ao capilar pulmonar então mais N2O total pode ser adicionado a ele Assim o fluxo sanguíneo ou perfusão determina ou limita a transferência efetiva do N2O descrita como perfusão limitada O Transporte PerfusãoLimitado e DifusãoLimitado de O2 Sob condições normais o transporte de O2 para os capilares pulmonares é perfusão limitado mas sob certas condições p ex fibrose ou exercício extenuante ele é 386 difusãolimitado A Figura 519 ilustra ambas as condições FIGURA 519 Difusão do O2 ao longo do capilar pulmonar em pessoas normais e pessoas com fibrose A Ao nível do mar B em altitude elevada Transporte perfusãolimitado de O2 Nos pulmões de pessoa normal em repouso a transferência de O2 do ar alveolar para os capilares sanguíneos é perfusãolimitada embora não ao extremo como é o transporte perfusãolimitado do N2O Fig 5 19A A é constante em 100 mmHg No início do capilar a é 40 mmHg refletindo a composição do sangue venoso misto Existe intenso gradiente de pressão parcial para o O2 entre o ar alveolar e o capilar sanguíneo que estimula a difusão do O2 para o interior do capilar Enquanto o O2 é adicionado ao sangue pulmonar a aumenta O gradiente de difusão é mantido inicialmente por causa da ligação do O2 com a hemoglobina que mantêm a concentração de O2 livre e as pressões parciais baixas O equilíbrio do O2 ocorre em torno de um terço da distância ao longo do capilar ponto no qual a se torna igual à e a menos que o fluxo sanguíneo aumente não pode haver mais qualquer difusão de O2 Então sob condições normais o transporte de O2 é perfusãolimitado Outra maneira de descrever a troca de O2 perfusãolimitada é dizer que o fluxo sanguíneo pulmonar determina a transferência efetiva do O2 Dessa forma o aumento do fluxo sanguíneo pulmonar p ex durante exercício aumenta a quantidade total de O2 transportada e reduções no fluxo sanguíneo pulmonar diminuirão a quantidade total transportada Transporte difusãolimitado de O2 Em certas condições patológicas p ex fibrose 387 e durante exercício extenuante a transferência de O2 se torna difusãolimitada Por exemplo na fibrose a parede alveolar ficará mais espessa aumentando a distância de difusão para os gases e reduzindo a Dp Fig 519A Esse aumento da distância de difusão retarda a taxa da difusão do O2 e evita o equilíbrio do O2 entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar Nesses casos o gradiente de pressão parcial para O2 é mantido ao longo do comprimento total do capilar convertendoo em processo difusãolimitado embora não tão extremo quanto o exemplo do CO Fig 518A Devido ao gradiente de pressão parcial ser mantido ao longo do comprimento total do capilar pode parecer que a quantidade total de O2 transferido seria maior em pessoa com fibrose do que em pessoa com pulmões normais Embora seja verdade que o gradiente de pressão parcial do O2 seja mantido por maior comprimento do capilar porque a Dp é acentuadamente reduzida na fibrose a transferência total de O2 ainda fica muito diminuída Ao final do capilar pulmonar o equilíbrio ainda não aconteceu entre o ar alveolar e o sangue capilar pulmonar é menor que a o que será refletido em reduzida no sangue arterial sistêmico e reduzida no sangue venoso misto O transporte de O2 nas altitudes elevadas Ascender à altitude elevada altera alguns aspectos do processo de equilíbrio do O2 Em altitudes elevadas a pressão barométrica está reduzida e com a mesma fração de O2 inspirado a pressão parcial do O2 no gás alveolar ficará também reduzida No exemplo mostrado na Figura 5 19B a é reduzida a 50 mmHg comparado ao valor normal de 100 mmHg A Po2 do sangue venoso misto é 25 mmHg em oposição ao valor normal de 40 mmHg Dessa forma nas altitudes elevadas o gradiente de pressão parcial para O2 fica muito reduzido comparado ao nível do mar Fig 519A Mesmo no início do capilar pulmonar o gradiente é somente 25 mmHg 50 mmHg 25 mmHg em vez do gradiente normal em nível do mar de 60 mmHg 100 mmHg 40 mmHg Essa redução do gradiente de pressão parcial significa que a difusão do O2 será reduzida o equilíbrio ocorrerá mais lentamente ao longo do capilar e o equilíbrio completo será alcançado em ponto mais tardio ao longo do capilar dois terços do comprimento do capilar em altitude elevada comparado com um terço do comprimento ao nível do mar O valor equilibrado final para a é somente 50 mmHg porque a é somente 50 mmHg é impossível para o valor equilibrado ser maior que 50 mmHg O menor equilíbrio do O2 em altitude elevada é exacerbado em pessoa com fibrose O sangue do capilar pulmonar não atinge o equilíbrio ao final do capilar resultando em valores para tão baixos quanto 30 mmHg o que comprometerá seriamente a distribuição de O2 para os tecidos Transporte de oxigênio no sangue Formas de O2 no Sangue 388 O O2 é transportado sob duas formas no sangue dissolvido e ligado à hemoglobina Por si só o O2 dissolvido é inadequado para suprir a demanda metabólica dos tecidos dessa forma o segundo modo de transporte de O2 combinado com a hemoglobina é necessário O O2 Dissolvido O O2 dissolvido é livre em solução e responde por aproximadamente 2 do conteúdo total de O2 no sangue Relembre que o oxigênio dissolvido é a única forma de O2 que produz pressão parcial que por outro lado estimula a difusão de O2 em contraste o O2 ligado à hemoglobina não contribui para a pressão parcial no sangue Como descrito pela lei de Henry a concentração do O2 dissolvido é proporcional à pressão parcial do O2 a constante de proporcionalidade é simplesmente a solubilidade do O2 no sangue 0003 mL O2100 mL sanguemmHg Assim para a normal de 100 mmHg a concentração de O2 dissolvido é 03 mL O2100 mL 100 mmHg 0003 mL O2 100 mL sanguemmHg Nessa concentração o O2 dissolvido é muitíssimo insuficiente para atender às demandas metabólicas dos tecidos Por exemplo na pessoa em repouso o consumo de O2 é em torno de 250 mL O2min Se o O2 distribuído para os tecidos fosse baseado estritamente no componente dissolvido então 15 mL O2min seriam entregues aos tecidos distribuição de O2 débito cardíaco concentração de O2 dissolvido ou 5 Lmin 03 mLO2100 mL 15 mLO2min Claramente essa quantidade é insuficiente para suprir as necessidades metabólicas de 250 mL O2min É necessário mecanismo adicional para transportar grandes quantidades de O2 no sangue esse mecanismo é o O2 ligado à hemoglobina O O2 Ligado à Hemoglobina Os 98 remanescentes do conteúdo total de O2 no sangue são reversivelmente ligados à hemoglobina no eritrócito A hemoglobina é proteína globular consistindo de quatro subunidades Cada subunidade contém um domínio heme que é uma porfirina ligada ao íon ferro e uma cadeia polipeptídica que é designada como α ou β A hemoglobina no adulto hemoglobina A é chamada α2β2 duas subunidades contêm cadeias α e duas cadeias β Cada subunidade pode ligarse a uma molécula de O2 para o total de quatro moléculas de O2 por molécula de hemoglobina Quando a hemoglobina está oxigenada ela é chamada oxiemoglobina quando está desoxigenada é chamada de desoxiemoglobina Para as unidades se ligarem ao O2 o ferro nos domínios heme deve estar no estado ferroso ie Fe2 Existem muitas variantes da molécula de hemoglobina Metemoglobina Se o componente ferro do domínio permanece no estado férrico ou Fe3 em vez do estado normal Fe2 a hemoglobina é chamada metemoglobina 389 A metemoglobina não se liga ao O2 A metemoglobinemia tem diversas causas incluindo a oxidação do Fe2 a Fe3 por nitritos e sulfonamidas Existe também variante congênita da doença na qual ocorre redução da metemoglobina redutase enzima nos eritrócitos que normalmente mantém o ferro no seu estado reduzido Hemoglobina fetal hemoglobina F HbF Na hemoglobina fetal as duas cadeias β estão substituídas por cadeias γ dando sua denominação de α2γ2 A consequência fisiológica dessa modificação é que a hemoglobina F tem maior afinidade por O2 do que a hemoglobina A facilitando o movimento do O2 da mãe para o feto A hemoglobina F é variante normal presente no feto sendo substituída pela hemoglobina A no primeiro ano de vida Hemoglobina S A hemoglobina S é variante anormal da hemoglobina que causa a anemia falciforme siclemia Na hemoglobina S as subunidades α são normais mas as β são anormais recebendo a denominação Na forma desoxigenada a hemoglobina S forma eritrócitos distorcidos em formato de foice Essa deformação pode resultar na oclusão de pequenos vasos sanguíneos A afinidade por O2 da hemoglobina S é menor que a afinidade da hemoglobina A pelo O2 Capacidade de Ligação com O2 e Conteúdo de O2 Considerando que a maioria do O2 transportado no sangue é reversivelmente ligada à hemoglobina o conteúdo de O2 no sangue é primeiro determinado pela concentração de hemoglobina e por sua capacidade de ligação ao O2 A capacidade de ligação ao O2 é a quantidade máxima de O2 que pode ser ligada à hemoglobina por volume de sangue supondose que a hemoglobina fique 100 saturada ie todos os quatro grupos heme e de cada molécula de hemoglobina estarão ligados a O2 A capacidade de ligação com o O2 é medida pela exposição do sangue a ar com Po2 muito alta de maneira que a concentração seja 100 saturada e pela correção da pequena quantidade de O2 presente na forma dissolvida para corrigir pelo O2 dissolvido lembrese de que a solubilidade do O2 no sangue é 0003 mL O2100 mL sanguemmHg Outra informação necessária para calcular a capacidade de ligação de O2 é que 1 g de hemoglobina A pode se ligar a 134 mL O2 e que a concentração normal da hemoglobina A no sangue é 15 g100 mL A capacidade de ligação ao O2 no sangue é então 201 mL O2100 mL sangue 15 g100 mL 134 mL O2g hemoglobina 201 mL O2100 mL sangue O conteúdo de O2 é a quantidade total de O2 por volume do sangue O conteúdo de O2 pode ser calculado a partir da capacidade de ligação do O2 à hemoglobina e da porcentagem de saturação da hemoglobina somado a qualquer O2 dissolvido relembre que a capacidade de ligação ao O2 da hemoglobina é determinada em 100 de saturação com todos os grupos heme ligados a O2 em todas as moléculas de hemoglobina 390 onde Conteúdo de O2 Quantidade de O2 no sangue mL O2100 mL sangue Capacidade de ligação ao O2 Máxima quantidade de O2 ligado à hemoglobina mL O2100 mL sangue medido em 100 de saturação Porcentagem de saturação de grupos heme ligados à O2 O2 dissolvido O2 não ligado no sangue mL O2100 mL sangue Exemplo de problema Homem anêmico tem uma concentração baixa de hemoglobina de 10 g100 mL de sangue Na hipótese de que o paciente tenha pulmões normais e que os valores da e da sejam normais a 100 mmHg qual é o conteúdo de O2 de seu sangue e como esse valor se compara ao valor normal Suponha que para a concentração normal de hemoglobina de 15 g100 mL a capacidade de ligação de O2 seja 201 mL O2100 mL de sangue e que essa hemoglobina esteja 98 saturada à PaO2 de 100 mmHg Solução 1 Primeiro calcule a capacidade de ligação do O2 a máxima quantidade de O2 que pode ser ligado à hemoglobina à concentração da hemoglobina de 10 g100 mL de sangue É dado que na concentração normal de hemoglobina de 15 g100 mL a capacidade de ligação é 201 mL O2100 mL sangue Assim na concentração de hemoglobina de 10 g100 mL a capacidade de ligação ao O2 é 1015 do normal Assim 2 A seguir calcule a real quantidade de O2 combinado com hemoglobina através da multiplicação da capacidade de ligação do O2 pela porcentagem de saturação Assim 391 3 Por fim determine o conteúdo total de O2 pelo cálculo do O2 dissolvido à PaO2 de 100 mmHg e adicione a quantidade de O2 ligado à hemoglobina A solubilidade do O2 no sangue é 0003 mL O2100 mLmmHg Desta forma O conteúdo de O2 de 134 mL O2100 mL sangue está gravemente diminuído Compare esse valor ao conteúdo de 200 mL O2100 mL sangue calculado para a concentração normal de hemoglobina de 15 g100 mL sangue e 98 de saturação O2 ligado é 201 mL O2100 mL 98 197 mL O2100 mL e o O2 dissolvido é 03 mL O2100 mL Então o conteúdo normal total de O2 é a soma ou 200 mL O2100 mL sangue 392 A Distribuição de O2 aos Tecidos A quantidade de O2 entregue aos tecidos é determinada pelo fluxo sanguíneo e pelo conteúdo de O2 no sangue Em termos da totalidade do organismo o fluxo sanguíneo é considerado como sendo o débito cardíaco O conteúdo de O2 no sangue como descrito antes é a soma do O2 dissolvido 2 e do O2 ligado à hemoglobina 98 Então a distribuição de O2 é descrita como segue Curva de Dissociação da O2Hemoglobina Como revisão lembre que o O2 se combina reversível e rapidamente com hemoglobina ligandose aos grupos heme em cada uma das quatro subunidades da molécula de hemoglobina Cada molécula de hemoglobina então tem a capacidade de se ligar a quatro moléculas de O2 Nessa configuração a saturação é 100 Se menos que quatro moléculas de O2 são ligadas aos grupos heme então a saturação é menor que 100 Por exemplo se em média cada molécula de hemoglobina contém três moléculas de O2 ligadas então a saturação é de 75 se em média cada hemoglobina contém duas moléculas de O2 ligadas a saturação será de 50 e se apenas uma molécula de O2 estiver ligada a saturação será de 25 A porcentagem de saturação da hemoglobina é função da Po2 do sangue como descrito pela curva de dissociação da O2hemoglobina Fig 520 A característica mais relevante dessa curva é seu formato sigmoide Em outras palavras a porcentagem de saturação dos sítios heme não aumenta linearmente quando a Po2 aumenta Em vez disso a porcentagem de saturação aumenta de forma íngreme quando a Po2 aumenta de zero até aproximadamente 40 mmHg e ela então forma platô entre 50 e 100 mmHg Por conveniência a Tabela 52 fornece os valores da porcentagem de saturação de alguns valores correspondentes de Po2 393 Tabela 52 Valores da Po2 e Correspondentes Porcentagens de Saturação da Hemoglobina Po2 mmHg Saturação 10 25 20 35 25 50 30 60 40 75 50 85 60 90 80 96 100 98 A Po2 que corresponde a 50 de saturação da hemoglobina é chamada de P50 FIGURA 520 Curva de dissociação da O2hemoglobina A P50 é a pressão parcial de O2 na qual a hemoglobina está 50 saturada Forma Sigmoide 394 A forma do trecho íngreme da curva é o resultado da mudança da afinidade dos grupos heme para cada molécula de O2 a que sucessivamente se combina a ligação da primeira molécula de O2 a grupo heme aumenta a afinidade para a segunda molécula de O2 a ligação da segunda molécula aumenta a afinidade pela ligação da terceira e assim por diante A afinidade pela quarta e última molécula de O2 é a maior e ocorre em valores entre cerca de 60 e 100 mmHg onde a saturação é aproximadamente 100 correspondendo a quatro moléculas de O2 por molécula de hemoglobina Este fenômeno é descrito como cooperatividade positiva P50 Ponto significativo na curva de dissociação da O2hemoglobina é a P50 A P50 é a Po2 na qual a hemoglobina está 50 saturada ie onde dois dos quatro grupos heme estão ligados ao O2 A alteração do valor da P50 é indicador para a mudança da afinidade da hemoglobina pelo O2 Aumento na P50 reflete redução da afinidade e redução na P50 reflete aumento da afinidade Carga e Descarga de O2 A forma sigmoide da curva de dissociação da O2hemoglobina ajuda a explicar o porquê do O2 ser carregado para os capilares sanguíneos pulmonares a partir do gás alveolar e descarregado dos capilares sistêmicos para os tecidos Fig 521 Nos maiores valores da Po2 ie sangue arterial sistêmico a afinidade da hemoglobina pelo O2 é a mais alta nos pequenos valores de Po2 ie no sangue venoso misto a afinidade pelo O2 é a mais baixa 395 FIGURA 521 Saturação da hemoglobina em função da Po2 no sangue arterial sistêmico e no sangue venoso misto O ar alveolar o capilar sanguíneo pulmonar e o sangue arterial sistêmico têm todos Po2 de 100 mmHg No gráfico a Po2 de 100 mmHg corresponde a quase 100 de saturação com todos os grupos heme ligados ao O2 e a afinidade para O2 nesse maior valor se deve à cooperatividade positiva Por outro lado o sangue venoso misto tem a Po2 de 40 mmHg devido ao fato de o O2 ter difundido dos capilares sistêmicos para o interior dos tecidos No gráfico a Po2 de 40 mmHg corresponde a aproximadamente 75 de saturação e a menor afinidade da hemoglobina por O2 Dessa forma o formato sigmoide da curva reflete mudanças da afinidade da hemoglobina por O2 e essas mudanças facilitam o carregamento do O2 nos pulmões onde a Po2 e a afinidade são máximas e o descarregamento de O2 nos tecidos onde a Po2 e a afinidade são mínimas Nos pulmões a é 100 mmHg A hemoglobina está aproximadamente 100 saturada todos os grupos heme estão ligados ao O2 Devido à cooperatividade positiva a afinidade é a maior e o O2 é mais avidamente ligado a porção achatada da curva A maior afinidade faz sentido porque é importante ter tanto O2 quanto possível carregado no interior do sangue arterial nos pulmões Também como o O2 está tão avidamente ligado à hemoglobina nessa faixa relativamente menos O2 está na forma dissolvida para produzir a pressão parcial ao manter a Po2 do sangue capilar pulmonar mais baixa que a Po2 do gás alveolar a difusão do O2 para o 396 interior dos capilares vai continuar A porção achatada da curva se estende de 100 mmHg a 60 mmHg o que significa que humanos podem tolerar reduções substanciais da Po2 para 60 mmHg p ex causado por reduções na pressão atmosférica sem comprometer significativamente a quantidade de O2 transportado pela hemoglobina Nos tecidos a é de cerca de 40 mmHg muito menor do que seu valor nos pulmões Na Po2 de 40 mmHg a hemoglobina é apenas 75 saturada e a afinidade pelo O2 está reduzida O O2 não está tão fortemente ligado nessa parte da curva o que facilita o desligamento do O2 nos tecidos O gradiente de pressão parcial para a difusão do O2 direcionada para o interior dos tecidos é mantido de duas maneiras primeiro o tecido consome o O2 mantendo sua Po2 baixa Segundo a menor afinidade por O2 garante que o O2 será desligado mais prontamente da hemoglobina o O2 desligado está livre no sangue cria a pressão parcial e a Po2 no sangue é mantida relativamente elevada Como a Po2 dos tecidos é mantida relativamente baixa o gradiente da pressão parcial que motiva a difusão do O2 do sangue para os tecidos é mantido Mudanças na Curva de Dissociação da O2Hemoglobina A curva de dissociação da O2hemoglobina pode ser deslocada para a direita ou para a esquerda como ilustrado na Figura 522 Tal deslocamento reflete as variações da afinidade da hemoglobina pelo O2 e produz alterações da P50 Os deslocamentos podem ocorrer sem que haja qualquer mudança na capacidade de ligação de O2 a curva pode deslocarse para a esquerda ou para a direita mas a forma da mesma permanece inalterada Um deslocamento para a direita ou para a esquerda pode ocorrer no qual a capacidade de hemoglobina em se ligar ao O2 também muda e nesse caso a forma da curva muda 397 FIGURA 522 Desvio da curva de dissociação da O2hemoglobina A Desvios para a direita são associados a P50 aumentada e redução da afinidade B Desvios para a esquerda são associados a P50 reduzida e aumento da afinidade Desvios para a Direita Os desvios da curva de dissociação da O2hemoglobina para a direita ocorrem quando existe redução da afinidade da hemoglobina pelo O2 Fig 522A Uma redução na afinidade é refletida como aumento da P50 que significa que 50 de saturação são conseguidos com valor de Po2 maior que o normal Quando a afinidade é diminuída a descarga do O2 nos tecidos é facilitada Fisiologicamente os fatores que causam a redução na afinidade e desvio para a direita da curva de dissociação da O2 hemoglobina são compreensíveis em cada caso é vantajoso facilitar a descarga de O2 nos tecidos Aumentos na Pco2 e reduções no pH Quando a atividade metabólica dos tecidos acelera a produção do CO2 é aumentada a elevação da Pco2 tecidual causa aumento na concentração do H e redução do pH Juntos estes efeitos reduzem a afinidade da hemoglobina pelo O2 deslocam a curva da dissociação da O2hemoglobina para a direita e aumentam a P50 todos os quais facilitam a descarga do O2 da hemoglobina nos tecidos Esse mecanismo ajuda a garantir que a oferta de O2 possa alcançar sua demanda p ex no músculo esquelético O efeito da Pco2 e do pH sobre a curva da dissociação da O2hemoglobina é chamado efeito Bohr Aumento da temperatura Os aumentos da temperatura podem também causar 398 deslocamento para a direita da curva de dissociação da O2hemoglobina e aumento da P50 Considerando o exemplo do músculo esquelético em exercício esse efeito é também lógico Enquanto o aquecimento é produzido pelo músculo em trabalho a curva de dissociação da O2hemoglobina deslocase para a direita fornecendo mais O2 para os tecidos Aumento na concentração do 23difosfoglicerato 23DPG O 23DPG é um produto colateral da glicólise nos eritrócitos que se liga às cadeias β da desoxiemoglobina e reduz sua afinidade pelo O2 Essa redução da afinidade faz com que a curva de dissociação da O2hemoglobina se desvie para a direita e facilite a descarga do O2 nos tecidos A produção do 23DPG aumenta em condições hipóxicas Por exemplo morar em altitude elevada causa hipoxemia que estimula a produção de 23DPG nos eritrócitos Por si os níveis aumentados do 23DPG facilitam a entrega do O2 aos tecidos e representa mecanismo adaptativo Deslocamento para a Esquerda Os deslocamentos da curva de dissociação da O2hemoglobina para a esquerda ocorrem quando ocorre aumento da afinidade da hemoglobina para o O2 Fig 522B O aumento da afinidade é refletido pela redução na P50 que significa que 50 de saturação ocorrem em valor de Po2 menor que o normal Quando a afinidade é aumentada a descarga de O2 nos tecidos é mais difícil ie a ligação do O2 é mais intensa Reduções da Pco2 e aumentos do pH O efeito de reduções da Pco2 e aumentos do pH são novamente o efeito Bohr Quando ocorre redução do metabolismo dos tecidos existe diminuição da produção do CO2 concentração diminuída de H e pH aumentado resultando no deslocamento para a esquerda da curva de dissociação da O2hemoglobina Dessa forma quando a demanda para O2 é reduzida o O2 ficará mais fortemente ligado à hemoglobina e menos liberado para os tecidos Reduções da temperatura Diminuições na temperatura têm efeito oposto aos aumentos a curva se desloca para a esquerda Quando o metabolismo tecidual diminui menos calor é produzido e menos O2 é liberado nos tecidos Reduções da concentração de 23DPG Reduções da concentração de 23DPG também refletem metabolismo tecidual reduzido causando desvio esquerdo na curva e menos O2 liberado nos tecidos Hemoglobina F Como descrito antes a hemoglobina F é a variante fetal da hemoglobina As cadeias β da hemoglobina do adulto hemoglobina A são substituídas pelas cadeias γ em hemoglobina F Essa modificação resulta em aumento da afinidade da hemoglobina por O2 deslocamento para a esquerda da curva de dissociação O2hemoglobina e menor P50 O mecanismo do deslocamento para a esquerda é baseado na ligação do 23DPG Ele não se liga tão avidamente às cadeias γ da hemoglobina F quanto o faz para as cadeias β da hemoglobina A Quando há menos 23DPG ligado a afinidade por O2 399 aumenta o que é benéfico ao feto cuja PaO2 é baixa aproximadamente 40 mmHg Monóxido de Carbono Todos os efeitos da curva de dissociação da O2hemoglobina já discutidos envolveram deslocamentos para a direita e para a esquerda O efeito do monóxido de carbono é diferente ele reduz o O2 ligado à hemoglobina e também causa deslocamento para a esquerda da curva de dissociação da O2hemoglobina Fig 523 FIGURA 523 Efeitos do monóxido de carbono sobre a curva de dissociação da O2 hemoglobina O monóxido de carbono reduz o número de sítios disponíveis para a ligação do O2 na hemoglobina e causa desvio para a esquerda na curva de dissociação da O2 hemoglobina O CO ligase à hemoglobina com afinidade 250 vezes maior que o O2 para formar a carboxiemoglobina Em outras palavras quando a pressão parcial do CO é apenas 1250 da do O2 quantidades iguais de CO e O2 se ligarão à hemoglobina Já que o O2 não consegue se ligar a grupos heme já ligados ao CO a presença do CO reduz o número de sítios disponíveis para ligação do O2 na hemoglobina No exemplo mostrado na Figura 523 a hemoglobina ligada ao O2 está reduzida a 50 o que significa que metade dos sítios de ligação estaria disponível para O2 As implicações para o transporte de O2 são óbvias só esse efeito reduziria o conteúdo sanguíneo e a 400 entrega de O2 aos tecidos em 50 O CO também causa deslocamento para a esquerda da curva de dissociação da O2 hemoglobina os grupos heme não ligados ao CO têm afinidade aumentada pelo O2 Assim a P50 é menor dificultando a descarga de O2 aos tecidos Juntos esses dois efeitos do CO sobre a ligação do O2 à hemoglobina são catastróficos para a entrega de O2 aos tecidos Não apenas haverá a redução na capacidade de ligação do O2 pela hemoglobina mas o restante dos grupos heme ligar seá mais avidamente ao O2 Quadro 51 Quadro 51 F isiologia C línica E nvenenamento por M onóxido de C arbono Descrição de caso Em fria manhã de fevereiro em Boston homem de 55 anos decide esquentar seu carro na garagem Enquanto o veículo está esquentando ele aguarda na oficina contígua à garagem Cerca de 30 minutos depois sua esposa o encontra trabalhando em sua bancada confuso e respirando rapidamente Ele é levado à emergência mais próxima onde recebeu 100 de O2 para respirar Os seguintes valores para sangue arterial foram medidos Explicação do caso Esse homem inalou os gases da exaustão de seu automóvel e estava sofrendo de envenenamento agudo por monóxido de carbono CO Os valores obtidos do sangue arterial podem ser explicados pelos efeitos da ligação do CO à hemoglobina O CO se liga avidamente à hemoglobina com afinidade 250 vezes maior que a afinidade do O2 pela hemoglobina Assim os grupos heme que normalmente estariam ligados ao O2 estão agora ligados ao CO A porcentagem de saturação da hemoglobina com O2 é medida como 60 então 40 dos sítios devem estar ocupados pelo CO Como a O2hemoglobina é a principal forma de transporte do O2 aos tecidos o primeiro efeito deletério do envenenamento do CO é a reduzida 401 capacidade de transporte de O2 no sangue O segundo efeito deletério é o deslocamento da curva de dissociação da O2hemoglobina para a esquerda o que reduz a P50 e aumenta a afinidade da hemoglobina para o pouco O2 ligado Como resultado é mais difícil liberar o O2 nos tecidos Juntos esses dois efeitos do envenenamento por CO podem resultar em morte por falha de oferecer suficiente O2 aos tecidos críticos como o encéfalo Tratamento O tratamento desse paciente consiste em mantêlo respirando 100 de O2 no esforço de deslocar rapidamente tanto CO da hemoglobina quanto for possível Notar o valor absurdamente alto da em 660 mmHg Esse valor é plausível Na hipótese de que não há qualquer defeito a deveria ser igual à já que existe equilíbrio entre o sangue capilar pulmonar com o gás alveolar Assim a melhor pergunta é Por que a é 660 mmHg O valor esperado para a pode ser calculado a partir da equação do gás alveolar se forem conhecidos os valores para a Po2 do ar inspirado para a e do quociente respiratório A PiO2 pode ser calculada a partir da pressão barométrica corrigida pelo vapor de água e a porcentagem do O2 no ar inspirado 100 A é igual à que é dada Supõese que o quociente respiratório seja 08 Assim Novamente supondo que o sangue arterial sistêmico tenha a mesma Po2 do gás 402 alveolar e que as proporções sejam normais os valores medidos para a 68 mmHg calculado com a equação do gás alveolar A extremamente elevada faz pouco para melhorar a entrega do O2 aos tecidos já que a solubilidade do O2 no sangue é muito baixa 0003 mL O2100 mL sanguemmHg Assim na de 660 mmHg o conteúdo dissolvido do O2 é apenas 198 mL O2100 mL de sangue Eritropoietina A eritropoietina EPO é uma glicoproteína fator de crescimento que é sintetizada nos rins e em menor grau no fígado e serve como o estímulo principal para a eritropoiese promovendo a diferenciação dos proeritroblastos em células vermelhas do sangue A síntese da EPO é induzida no rim em resposta à hipóxia nos passos seguintes Fig 524 403 FIGURA 524 A hipóxia induz à síntese de eritropoietina Os números circulados correspondem às etapas numeradas no texto EPO eritropoietina mRNA RNA mensageiro 1 Quando há uma redução na entrega de O2 para os rins hipóxia quer devido à diminuição da concentração de hemoglobina ou à diminuição de há um aumento da produção da subunidade alfa do fator hipoxiainduzível 1 fator 1α hipóxia induzível 2 O fator 1α hipóxia induzível age sobre os fibroblastos no córtex e na medula renal para provocar a síntese de RNAm para a EPO 3 O RNAm direciona o aumento da síntese de EPO 4 A EPO atua então para causar diferenciação de proeritroblastos 5 Os proeritroblastos submetemse a outras etapas em desenvolvimento para formar eritrócitos maduros células vermelhas do sangue Esses passos adicionais de maturação não necessitam de EPO Curiosamente os rins são um local ideal para a síntese de EPO pois podem distinguir entre a diminuição do fluxo sanguíneo como uma causa da diminuição do 404 fornecimento de O2 e a redução do teor de O2 no sangue arterial p ex devido à diminuição da concentração de hemoglobina ou diminuição de como uma causa da diminuição do fornecimento de O2 Essa capacidade de distinção baseiase no fato de que a diminuição do fluxo sanguíneo renal provoca diminuição da filtração glomerular o que leva a uma diminuição da filtração e a reabsorção de Na Como o consumo de O2 nos rins está fortemente ligado à reabsorção de Na a diminuição do fluxo sanguíneo renal resulta tanto na redução da oferta de O2 quanto na diminuição do consumo de O2 portanto a distribuição renal de O2 e o consumo renal de O2 permanecem compensados nesse cenário e como é o caso o rim não é alertado para a necessidade de mais eritrócitos Se há uma redução do teor de O2 do sangue arterial o rim é alertado para a necessidade de mais eritrócitos A anemia comumente resulta da insuficiência renal crônica pois a diminuição da massa renal funcional resulta na diminuição da síntese de EPO diminuição da produção de eritrócitos e diminuição na concentração de hemoglobina que o acompanha A anemia por insuficiência renal crônica pode ser tratada com EPO recombinante humana Transporte do dióxido de carbono no sangue Formas do CO2 no Sangue O CO2 é transportado no sangue sob três formas como CO2 dissolvido como carbaminoemoglobina CO2 ligado à hemoglobina e como bicarbonato HCO3 que é a forma quimicamente modificada do CO2 Sem dúvida dessas formas o HCO3 é quantitativamente a mais importante CO2 Dissolvido Como o O2 parte do CO2 no sangue está na forma dissolvida A concentração da solução de CO2 é dada pela lei de Henry que afirma que a concentração de CO2 no sangue é a pressão parcial multiplicada pela solubilidade do CO2 A solubilidade do CO2 é 007 mL CO2100 mL sanguemmHg dessa forma a concentração de CO2 dissolvido no sangue arterial como calculado pela lei de Henry é 28 mL CO2100 mL sangue 40 mmHg 007 mL CO2100 mL sanguemmHg que é aproximadamente 5 do conteúdo total de CO2 no sangue relembre que devido à menor solubilidade do O2 comparado ao CO2 o O2 dissolvido é apenas 2 do total do O2 no sangue Carbaminoemoglobina O CO2 ligase aos grupos terminais amina nas proteínas p ex hemoglobina e proteínas plasmáticas como albumina Quando o CO2 está ligado à hemoglobina é chamado de carbaminoemoglobina que responde por cerca de 3 do total de CO2 405 O CO2 se liga à hemoglobina em sítio distinto ao utilizado pelo O2 Como discutido acima a ligação do CO2 à hemoglobina reduz a sua afinidade pelo O2 e causa deslocamento para a direita da curva de dissociação da O2hemoglobina efeito Bohr Por outro lado o O2 ligado à hemoglobina muda sua afinidade pelo CO2 e quando existe menos O2 ligado a afinidade da hemoglobina pelo CO2 aumenta o efeito Haldane Esses efeitos mútuos do O2 e CO2 sobre suas ligações à hemoglobina fazem sentido nos tecidos enquanto o CO2 é produzido e se liga à hemoglobina sua afinidade pelo O2 é reduzida e ela libera O2 nos tecidos mais rapidamente por outro lado a liberação do O2 aumenta a afinidade da hemoglobina pelo CO2 que está sendo produzido nos tecidos HCO3 Quase todo o CO2 transportado no sangue está na forma quimicamente modificada HCO3 que responde por mais de 90 do total de CO2 As reações que produzem HCO3 a partir do CO2 envolvem a combinação do CO2 com a H2O formando o ácido fraco H2CO3 Essa reação é catalisada pela enzima anidrase carbônica presente na maior parte das células Por outro lado o H2CO3 se dissocia em H e HCO3 ambas as reações sendo reversíveis e a anidrase carbônica catalisa tanto a hidratação do CO2 quanto a desidratação da H2CO3 Assim Nos tecidos o CO2 gerado pelo metabolismo aeróbico é adicionado ao sangue capilar sistêmico convertido a HCO3 pelas reações antes descritas e transportado até os pulmões Nos pulmões o HCO3 é reconvertido a CO2 e expirado A Figura 525 mostra as etapas que ocorrem nos capilares sistêmicos Os números nos círculos correspondem às seguintes etapas 406 FIGURA 525 Transporte do dióxido de carbono CO2 no sangue O CO2 e a H2O são convertidos em H e HCO3 no interior das hemácias O H é tamponado pela hemoglobina HbH no interior das hemácias O HCO3 é trocado pelo Cl transportado no plasma Os números circulados correspondem às etapas enumeradas e discutidas no texto 1 Nos tecidos o CO2 é produzido a partir do metabolismo aeróbico O CO2 então se difunde através das membranas celulares e cruza a parede capilar para o interior do eritrócito O transporte do CO2 através de cada uma destas membranas ocorre por difusão simples impelido pelo gradiente de pressão parcial do CO2 2 A anidrase carbônica é encontrada em elevada concentração nos eritrócitos Ela catalisa a hidratação do CO2 para formar H2CO3 Nas hemácias as reações são deslocadas para a direita por ação das massas já que o CO2 está sendo fornecido pelo tecido 3 Nas hemácias o H2CO3 se dissocia em H e HCO3 O H permanece nas hemácias e vai ser tamponado pela deoxiemoglobina e o HCO3 é transportado para o plasma por troca por Cl cloreto 4 Se o H produzido nessas reações permanecesse livre em solução ele iria acidificar as hemácias e o sangue venoso Então o H deve ser tamponado de forma que o pH nas hemácias e no sangue permaneça dentro da faixa fisiológica O H é tamponado nas hemácias pela deoxiemoglobina e é transportado pelo sangue venoso nessa forma É interessante que a deoxiemoglobina seja melhor tampão para o H que a oxiemoglobina no momento que o sangue chega ao terminal venoso dos capilares a hemoglobina está convenientemente na sua forma desoxigenada forneceu seu O2 para os tecidos Existe relação recíproca útil entre o tamponamento do H pela deoxiemoglobina e o 407 efeito Bohr O efeito Bohr estabelece que o aumento da concentração de H cause o deslocamento para a direita da curva de dissociação da O2hemoglobina fazendo com que a hemoglobina libere mais prontamente O2 nos tecidos então o H gerado a partir do CO2 tecidual faz com que a hemoglobina libere O2 mais rapidamente para os tecidos Por outro lado a desoxigenação da hemoglobina a faz melhor tampão para H 5 HCO3 produzido nessas reações é trocado por Cl através da membrana da hemácia para manter o balanço de cargas e o HCO3 é transportado até os pulmões no plasma do sangue venoso A troca ClHCO3 ou desvio do Cl é executada por proteína trocadora de ânions chamada de proteína da banda três devido à sua proeminência no perfil eletroforético do sangue Todas as reações descritas anteriormente ocorrem no sentido reverso nos pulmões não mostrado na Fig 524 O H é liberado de seus sítios de tamponamento na deoxiemoglobina O HCO3 penetra nas hemácias pela troca por Cl H e HCO3 se combinam para formar H2CO3 e esse se dissocia em CO2 e H2O O CO2 regenerado e a H2O são expirados pelos pulmões Relações ventilaçãoperfusão Fluxo Sanguíneo Pulmonar Relações entre o Fluxo Sanguíneo Pressão e Resistência Pulmonares O fluxo sanguíneo pulmonar é o débito cardíaco da parte direita do coração que é igual ao débito cardíaco da parte esquerda A diferença resulta da pequena quantidade de sangue venoso coronário que drena diretamente no ventrículo esquerdo pelas veias mínimas em vez de seguir para os pulmões via artéria pulmonar O fluxo sanguíneo pulmonar é diretamente proporcional ao gradiente de pressão entre a artéria pulmonar e o átrio esquerdo e é inversamente proporcional à resistência da vasculatura pulmonar Q ΔPR Quando comparado à circulação sistêmica no entanto a circulação pulmonar é caracterizada por pressões e resistências muito menores embora o fluxo sanguíneo seja o mesmo A razão de o fluxo sanguíneo pulmonar poder ser igual ao fluxo sanguíneo sistêmico é que as pressões e resistências pulmonares são proporcionalmente menores que as pressões e resistências periféricas Cap 4 Tabela 41 Regulação do Fluxo Sanguíneo Pulmonar Como em outros leitos capilares o fluxo sanguíneo pulmonar é regulado primariamente pela alteração da resistência das arteríolas Tais alterações são realizadas pela variação do tônus da musculatura lisa arteriolar na circulação pulmonar essas mudanças são mediadas por substâncias vasoativas locais 408 especialmente O2 Vasoconstrição hipóxica Sem dúvida o principal fator que regula o fluxo sanguíneo pulmonar é a pressão parcial do O2 no gás alveolar A redução da produz vasoconstrição pulmonar isto é vasoconstrição hipóxica Inicialmente esse efeito pode parecer contraintuitivo porque em vários leitos vasculares as reduções da Po2 produzem o efeito exatamente oposto vasodilatação para aumentar a entrega de O2 aos tecidos Nos pulmões no entanto a vasoconstrição hipóxica é mecanismo adaptativo reduzindo o fluxo sanguíneo pulmonar para áreas mal ventiladas onde o fluxo sanguíneo seria desperdiçado Dessa forma o fluxo sanguíneo pulmonar é direcionado para longe de regiões com alvéolos pouco ventilados onde as trocas gasosas seriam inadequadas em direção às regiões bem ventiladas do pulmão onde as trocas gasosas serão melhores Em certos tipos de doença pulmonar a vasoconstrição hipóxica atua como papel protetor porque dentro de certos limites o sangue pode ser redirecionado para os alvéolos bem oxigenados sem alterar de forma geral a resistência vascular pulmonar Esse mecanismo compensatório falha no entanto se a doença pulmonar for generalizada p ex pneumonia multilobar se existirem áreas insuficientes de alvéolos bem ventilados pode ocorrer a hipoxemia O mecanismo da vasoconstrição hipóxica envolve a ação direta da Po2 alveolar sobre a musculatura lisa das arteríolas Essa ação pode ser compreendida ao recapitularmos a proximidade dos alvéolos em relação à microcirculação As arteríolas e seus leitos capilares circundam densamente os alvéolos O O2 é altamente solúvel em lipídios e assim é muito permeável através das membranas celulares Quando a é normal a 100 mmHg o O2 se difunde dos alvéolos para o interior das células musculares lisas arteriolares mais próximas mantendo as arteríolas relaxadas e dilatadas Se a for reduzida a valores entre 100 mmHg e 70 mmHg o tônus vascular é minimamente afetado No entanto se a PaO2 cai abaixo de 70 mmHg a musculatura lisa vascular detecta essa hipóxia vasocontrai e reduz o fluxo sanguíneo pulmonar para a região O mecanismo pelo qual a hipóxia alveolar causa a constrição da musculatura lisa vascular adjacente não é completamente conhecido Acreditase que a hipóxia cause a despolarização de células musculares lisas do vaso essa despolarização abriria canais de Ca2 regulados por voltagem levando à entrada de Ca2 na célula e à contração Existem também evidências da relação entre a vasoconstrição hipóxica e a síntese de óxido nítrico NO nas células endoteliais da vasculatura pulmonar Lembrese de que o NO é o fator relaxante derivado do endotélio sintetizado a partir da l arginina pela ação do óxido nítrico sintetase O NO ativa então a guanilato ciclase levando à produção do monofosfato cíclico de guanosina GMPc e ao relaxamento da musculatura lisa vascular A inibição do óxido nítrico sintetase potencia a vasoconstrição hipóxica e o NO inalado reduz ou impede a vasoconstrição hipóxica Como descrito a vasoconstrição hipóxica pode funcionar localmente para 409 redirecionar o fluxo sanguíneo para regiões bem ventiladas do pulmão Ela pode também operar globalmente em todo o pulmão e nesse caso a vasoconstrição produzirá aumento da resistência vascular pulmonar Por exemplo na altitude elevada ou em pessoas respirando mistura baixa de O2 a é reduzida através do pulmão não apenas em uma região A baixa produz vasoconstrição generalizada das arteríolas pulmonares e aumento da resistência vascular pulmonar Em resposta ao aumento da resistência a pressão arterial pulmonar aumenta Na hipóxia crônica a pressão arterial pulmonar aumentada causa hipertrofia do ventrículo direito que deve bombear contra essa sobrecarga excessiva A circulação fetal é outro exemplo da vasoconstrição hipóxica Como o feto não respira a é muito menor no feto que na mãe produzindo vasoconstrição nos pulmões fetais Essa vasoconstrição aumenta a resistência vascular pulmonar e consequentemente reduz o fluxo sanguíneo pulmonar a aproximadamente 15 do débito cardíaco Ao nascer a primeira inspiração do neonato aumenta a a 100 mmHg a vasoconstrição é reduzida a resistência pulmonar vascular diminui e o fluxo sanguíneo pulmonar aumenta até eventualmente se igualar ao débito cardíaco do lado esquerdo do coração como no adulto Outras substâncias vasoativas Além do O2 muitas outras substâncias alteram a resistência vascular pulmonar O tromboxano A2 produto do metabolismo do ácido araquidônico pela via da ciclooxigenase nos macrófagos leucócitos e células endoteliais é produzido em resposta a certos tipos de lesão pulmonar O tromboxano A2 é poderoso vasoconstritor local tanto das arteríolas quanto das veias A prostaciclina prostaglandina I2 é também produto do metabolismo do ácido araquidônico pela via da ciclooxigenase e potente vasodilatador local É produzida pelas células endoteliais pulmonares Os leucotrienos outro produto do metabolismo do ácido araquidônico pela via da lipoxigenase causam constrição das vias aéreas Distribuição do Fluxo Sanguíneo Pulmonar A distribuição do fluxo sanguíneo no interior do pulmão é desigual e a distribuição pode ser explicada pelos efeitos da gravidade Quando a pessoa está em decúbito dorsal supino o fluxo sanguíneo é aproximadamente uniforme já que todo o pulmão está no mesmo nível gravitacional No entanto quando a pessoa está de pé os efeitos gravitacionais não são uniformes e o fluxo sanguíneo é menor no ápice zona 1 e maior na base do pulmão zona 3 os efeitos gravitacionais aumentam mais a pressão hidrostática arterial na base que no ápice Na Figura 526 o padrão de fluxo sanguíneo em três zonas pulmonares é ilustrado em uma pessoa na posição ereta As pressões responsáveis pela propulsão do fluxo sanguíneo em cada zona são também mostradas na figura Para a discussão a seguir relembre que as pressões na vasculatura pulmonar são muito menores que na vasculatura sistêmica 410 FIGURA 526 Variação do fluxo sanguíneo perfusão nas três zonas do pulmão Pa Pressão alveolar Pa pressão arterial Pv pressão venosa Zona 1 Como resultado do efeito gravitacional a pressão arterial Pa no ápice do pulmão pode ser menor que a pressão alveolar Pa que é aproximadamente igual à pressão atmosférica Se a Pa for menor que a Pa os capilares pulmonares estarão comprimidos pela maior pressão alveolar por fora deles Essa compressão fará com que os capilares se fechem reduzindo o fluxo sanguíneo regional Normalmente na zona 1 a pressão arterial é a mínima suficiente para evitar esse fechamento e a zona 1 é perfundida embora sob intensidade baixa de fluxo No entanto se a pressão arterial for reduzida p ex devido à hemorragia ou se a pressão alveolar estiver aumentada p ex por pressão inspiratória positiva então a Pa será maior que a Pa e os vasos sanguíneos serão comprimidos e fecharão Sob essas condições a zona 1 será ventilada mas não perfundida Não pode haver trocas gasosas se não existir perfusão e a zona 1 se tornará parte do espaço morto fisiológico Zona 2 Devido ao efeito gravitacional sobre a pressão hidrostática a Pa é maior na zona 2 que na zona 1 e é maior que a Pa A pressão alveolar é no entanto ainda 411 maior do que a pressão venosa pulmonar Pv Embora a compressão dos capilares não apresente problema na zona 2 o fluxo sanguíneo é ativado pela diferença entre as pressões arterial e a alveolar e não apenas pela diferença arterial e venosa como ocorre nos leitos capilares sistêmicos Zona 3 Na zona 3 o padrão é mais familiar O efeito gravitacional aumentou as pressões arterial e venosa e ambas são agora maiores que a pressão alveolar O fluxo sanguíneo nessa zona é ativado pela diferença entre as pressões arterial e venosa como ocorre em outros leitos vasculares Na zona 3 o número de capilares abertos é o maior possível e o fluxo sanguíneo é o maior do pulmão Desvios Desvio se refere à fração do débito cardíaco ou do fluxo sanguíneo que diverge ou é reorientado Por exemplo normalmente a pequena fração do fluxo sanguíneo pulmonar evita os alvéolos p ex fluxo sanguíneo brônquico o que é chamado de desvio fisiológico Diversas situações anormais também podem ocorrer quando existe desvio do sangue entre os lados direito e esquerdo do coração por meio de defeitos septais Desses defeitos o desvio esquerdadireita é o tipo mais comum Desvio fisiológico Em torno de 2 do débito cardíaco normalmente evitam o alvéolo existe desvio fisiológico direitaesquerda Parte do desvio fisiológico é o fluxo sanguíneo brônquico que serve às funções metabólicas dos brônquios O outro componente desse desvio é a pequena quantidade de fluxo sanguíneo coronário que drena diretamente para o ventrículo esquerdo por meio das veias mínimas e nunca perfunde os pulmões Pequenos desvios fisiológicos estão sempre presentes e a estará sempre ligeiramente menor que a Desvios direitaesquerda O desvio do sangue a partir do lado direito do coração para o lado esquerdo pode ocorrer se existir defeito na parede entre os ventrículos direito e esquerdo Tanto quanto 50 do débito cardíaco poderão ir diretamente do ventrículo direito para o ventrículo esquerdo e nunca ser bombeado para os pulmões para arterialização No desvio direitaesquerda a hipoxemia sempre ocorre devido à significativa fração do débito cardíaco que não é levado aos pulmões para oxigenação A porção do débito cardíaco que é levada aos pulmões para oxigenação é diluída pelo sangue derivado com baixo O2 Fig 527 412 FIGURA 527 Desvio direitoesquerdo DC Débito cardíaco Uma característica diferencial da hipoxemia causada pelo desvio direitaesquerda é que ela não pode ser corrigida ao se fazer o paciente respirar mistura gasosa rica em O2 p ex 100 O2 porque o sangue derivado nunca retorna ao pulmão para ser oxigenado Ela continuará a diluir o sangue normalmente oxigenado e não importa quão elevada esteja a Po2 alveolar não será possível corrigir esse efeito de diluição e mais desde que a saturação da hemoglobina esteja próxima a 100 nessa região respirar O2 100 adiciona principalmente O2 dissolvido ao sangue capilar pulmonar o que acrescenta pouco ao conteúdo total de O2 do sangue No entanto ter a pessoa com desvio direitoesquerdo respirando O2 100 é ferramenta útil de diagnóstico a grandeza do desvio pode ser estimada a partir do grau da diluição do sangue oxigenado Geralmente o desvio direitaesquerda não causa aumento da embora possa parecer que deveria fazêlo devido ao elevado conteúdo de CO2 do sangue derivado A só altera minimamente pelo fato dos quimiorreceptores centrais serem muito sensíveis às mudanças na Assim pequeno aumento da causa aumento na frequência de ventilação e o CO2 extra é espirado Os quimiorreceptores para O2 não são tão sensíveis quanto os do CO2 e não são ativados até que a caia para menos que 60 mmHg O fluxo de sangue através de um desvio da direita para a esquerda pode ser 413 calculado com a equação do desvio em que o fluxo através do desvio é expresso como uma fração do fluxo sanguíneo pulmonar débito cardíaco ou como se segue onde QS fluxo de sangue através do desvio direitaesquerda Lmin QT débito cardíaco Lmin Conteúdo de O2 sangue normal conteúdo de O2 do sangue não desviado Conteúdo de O2 sangue arterial conteúdo de O2 do sangue arterial sistêmico Conteúdo de O2 sangue venoso misto conteúdo de O2 do sangue venoso misto Desvios esquerdadireita Os desvios esquerdadireita são mais comuns e não causam hipoxemia Entre as causas do desvio esquerdadireita estão a persistência do canal arterial patent ductus arteriosus e a lesão traumática Se o sangue é desviado do lado esquerdo para o direito do coração o fluxo sanguíneo pulmonar débito cardíaco do lado direito do coração fica maior que o fluxo sanguíneo sistêmico débito cardíaco do lado esquerdo do coração Com efeito o sangue oxigenado que acabou de retornar dos pulmões é adicionado diretamente ao lado direito do coração sem que tenha sido distribuído aos tecidos sistêmicos Como o lado direito do coração normalmente recebe sangue venoso misto a Po2 do sangue no lado direito do coração ficará elevada Relações VentilaçãoPerfusão A relação ventilaçãoperfusão é a proporção entre a ventilação alveolar e o fluxo sanguíneo pulmonar Combinar corretamente a ventilação à perfusão é criticamente importante para as trocas gasosas ideais é inútil que alvéolos sejam ventilados mas não perfundidos ou que os alvéolos sejam perfundidos mas não ventilados Valores Normais para O valor normal para é 08 Esse valor significa que a ventilação alveolar Lmin é 80 do valor do fluxo sanguíneo pulmonar Lmin O termo normal significa que se a frequência respiratória volume corrente e débito cardíaco estiverem todos normais a será 08 Por outro lado se a for normal então a PaO2 estará no valor normal de 100 mmHg e a estará no seu valor normal de 40 mmHg Se a se modifica devido às alterações da ventilação alveolar do fluxo sanguíneo pulmonar ou 414 de ambos então as trocas gasosas serão menores que o ideal e os valores para a e serão alterados Distribuição da no Pulmão O valor de 08 para é a média para o pulmão inteiro De fato nas três zonas do pulmão a é diferente assim como o fluxo sanguíneo também o é Essas variações na têm consequências na e no sangue que deixa essas zonas como ilustrado na Figura 528 Como descrito antes variações regionais no fluxo sanguíneo pulmonar são causadas por efeitos gravitacionais a zona 1 tem o menor fluxo sanguíneo e a zona 3 o maior A ventilação alveolar também varia na mesma direção entre as zonas do pulmão A ventilação é menor na zona 1 e maior na zona 3 novamente devido aos efeitos gravitacionais do pulmão ortostático Para visualizar como a gravidade produz diferenças na ventilação regional imagine o pulmão como um acordeão que é pendurado verticalmente Entre as respirações ie na CRF o peso do acordeão pulmão comprime o ar para baixo na base e a maior parte da CRF enche o fole do ápice Quando se faz a próxima respiração a maior parte do espaço potencial a ser ventilado está na base do pulmão dado que o ápice já está cheio No entanto variações regionais na ventilação não são tão intensas quanto as variações regionais do fluxo sanguíneo Dessa forma a proporção é a maior na zona 1 e menor na zona 3 com o valor médio para o pulmão todo sendo 08 415 FIGURA 528 Variação na ventilaçãoperfusão nas três zonas do pulmão Os efeitos das diferenças regionais da sobre a e a também são mostrados Essas diferenças regionais na produzem diferenças regionais na e na O diagrama O2CO2 derivado da equação do gás alveolar Fig 55 é repetido na Figura 529 Notar que as diferenças regionais na são muito maiores que as diferenças regionais na Na zona 1 onde a é maior a é também maior e a é menor Na zona 3 onde a é menor a é também menor e a é maior Essas diferenças regionais estão presentes em pulmões saudáveis e o sangue que deixa os pulmões pela veia pulmonar representando a soma de todas as zonas tem um valor médio da de 100 mmHg e da de 40 mmHg 416 FIGURA 529 Efeito das diferenças regionais na ventilaçãoperfusão sobre a Pco2 e Po2 As diferenças regionais da Po2 são muito maiores que as diferenças regionais na Pco2 Defeitos na VentilaçãoPerfusão Normalmente como descrito antes existe uma correta combinação da ventilaçãoperfusão os alvéolos ventilados ficam próximos aos capilares perfundidos e essa disposição fornece as trocas gasosas ideais Embora existam variações regionais na proporção o valor médio para o pulmão é em torno de 08 Descompasso entre a ventilação e a perfusão chamado de descompasso ou defeito resulta em trocas gasosas anormais Defeito pode ser causado por ventilação de regiões pulmonares não perfundidas espaço morto perfusão de regiões pulmonares não ventiladas derivações todas as possibilidades intermediárias Figs 530 e 531 Em algumas doenças pulmonares é observada a faixa completa de possíveis problemas 417 FIGURA 530 Defeitos da ventilaçãoperfusão Os problemas na incluem espaço morto elevada baixa e desvio 418 FIGURA 531 Efeito dos defeitos da ventilaçãoperfusão nas trocas gasosas pulmonares Com a obstrução das vias aéreas a composição do sangue arterial sistêmico se aproxima com aquela do sangue venoso misto Com o êmbolo pulmonar a composição do ar alveolar se aproxima com aquela do ar inspirado Espaço morto O espaço morto é a ventilação das regiões do pulmão que não são perfundidas Essa ventilação é desperdiçada ou morta Nenhuma troca gasosa é possível no espaço morto porque não existe fluxo sanguíneo para receber o O2 a partir do gás alveolar e para adicionar CO2 ao gás alveolar O espaço morto é ilustrado pela embolia pulmonar no qual o fluxo sanguíneo para uma região do pulmão ou mesmo para todo o pulmão é ocluído Em regiões de espaço morto como não ocorrem trocas gasosas o gás alveolar tem a mesma composição do ar inspirado umidificado é 150 mmHg e a é 0 elevada Regiões de elevada têm alta ventilação em relação à perfusão em geral porque o fluxo sanguíneo está diminuído Diferente do espaço morto que não tem qualquer perfusão regiões com elevada recebem algum fluxo sanguíneo Como a ventilação é alta com relação à perfusão o fluxo sanguíneo capilar dessas regiões tem a Po2 elevada e Pco2 baixa baixa Regiões de baixa têm baixa ventilação com relação à perfusão em geral porque a ventilação está reduzida Diferente do desvio que não tem qualquer ventilação regiões com baixa têm alguma ventilação Como a ventilação é baixa em relação à perfusão o fluxo sanguíneo capilar pulmonar 419 nessas regiões tem a Po2 baixa e Pco2 elevada Desvio Desvio direitaesquerda é a perfusão de regiões do pulmão que não são ventiladas As trocas gasosas não são possíveis nas áreas de desvio porque não ocorre ventilação para levar O2 ao sangue ou para remover o CO2 do sangue O desvio é ilustrado pela obstrução de vias aéreas e pelo desvio cardíaco direita esquerda Como nenhuma troca gasosa pode ocorrer no desvio o sangue capilar pulmonar dessas regiões tem a mesma composição do sangue venoso misto a é 40 mmHg e a é 46 mmHg Controle da respiração O volume de ar inspirado e expirado por unidade de tempo é estritamente regulado tanto com relação à frequência de respirações quanto ao volume corrente A respiração é também regulada de forma que os pulmões mantenham a e a dentro da faixa normal mesmo sob condições de variação como o exercício A respiração é controlada por centros no tronco encefálico Existem quatro componentes desse sistema de controle 1 quimiorreceptores para O2 CO2 ou pH 2 mecanorreceptores nos pulmões e articulações 3 centros de controle para a respiração no tronco encefálico bulbo e ponte e 4 músculos respiratórios cuja atividade é controlada por centros no tronco encefálico Fig 532 O controle voluntário pode também ser exercido por comandos do córtex cerebral p ex prender a respiração ou hiperventilação voluntária podem sobrepujar o tronco encefálico FIGURA 532 Controle da respiração pelo tronco encefálico A informação aferente sensorial alcança o centro inspiratório bulbar via quimiorreceptores e mecanorreceptores centrais e periféricos Informação eferente motora é enviada a partir do centro inspiratório para o nervo frênico que inerva o diafragma NC Nervo craniano 420 Controle da Respiração pelo Tronco Encefálico Respirar é um processo involuntário que é controlado pelo bulbo e pela ponte no tronco encefálico A frequência da respiração normal e involuntária é controlada por três grupos de neurônios ou centros do tronco encefálico o centro respiratório bulbar o centro apnêustico e o centro pneumotáxico Centros Respiratórios do Bulbo O centro respiratório do bulbo está localizado na formação reticular e é composto por dois grupos de neurônios diferenciados por sua localização anatômica o centro inspiratório grupo respiratório dorsal GRD e o centro expiratório grupo respiratório ventral GRV O centro inspiratório O centro inspiratório está localizado no grupo dorsal de neurônios respiratórios GRD e controla o ritmo básico para a respiração pelo ajuste da frequência da inspiração Esse grupo de neurônios recebe aferência sensorial dos quimiorreceptores periféricos pelos nervos glossofaríngeo NC IX e vago NC X e também de mecanorreceptores no pulmão por meio do nervo vago O centro inspiratório envia informação de saída motora para o diafragma pelo nervo frênico O padrão de atividade no nervo frênico inclui período de quiescência seguido por conjunto de salvas de potenciais de ação que aumentam de frequência por alguns segundos e então retorna à quiescência A atividade do diafragma segue o mesmo padrão quiescência aumento de potenciais de ação até a frequência pico levando à contração do diafragma e quiescência A inspiração pode ser encurtada por inibição do centro inspiratório via centro pneumotáxico como discutido adiante O centro expiratório O centro expiratório não mostrado na Figura 532 está localizado nos neurônios respiratórios ventrais e é responsável primariamente pela expiração Já que a expiração é normalmente processo passivo esses neurônios estão inativos durante a respiração calma No entanto durante o exercício quando a expiração se torna ativa esse centro é ativado Centro Apnêustico Apneuse é o padrão de respiração anormal produzido por inspirações arfantes prolongadas seguidas por breve movimento expiratório A estimulação do centro apnêustico produz esse padrão em experimentos A estimulação desses neurônios aparentemente excita o centro inspiratório no bulbo produzindo longo período de potenciais de ação no nervo frênico e prolongamento acentuado da contração do diafragma Centro Pneumotáxico O centro pneumotáxico desliga a inspiração limitando a salva de potenciais de ação no nervo frênico Com efeito o centro pneumotáxico localizado nos níveis mais altos da ponte limita o volume corrente e regula secundariamente a frequência 421 respiratória Ritmo normal da respiração persiste na ausência desse centro Córtex Cerebral Comandos do córtex cerebral podem temporariamente sobreporse aos centros automáticos do tronco encefálico Por exemplo a pessoa pode voluntariamente hiperventilar aumenta a frequência e o volume respiratórios A consequência da hiperventilação é a redução da o que causa aumento do pH arterial A hiperventilação é no entanto autolimitante porque a redução da produzirá inconsciência e a pessoa vai reverter para o padrão respiratório normal Embora mais difícil uma pessoa pode voluntariamente hipoventilar ie ao prender a respiração A hipoventilação causa redução da e aumento da e ambos são poderosos estímulos para a ventilação Período de breve hiperventilação pode prolongar transitoriamente a capacidade de prender a respiração Quimiorreceptores O tronco encefálico controla a respiração pelo processamento da informação sensorial aferente e enviando informação motora eferente ao diafragma Da informação sensorial que chega ao tronco encefálico a mais importante é a que concerne a e o pH arterial Os Quimiorreceptores Centrais Os quimiorreceptores centrais localizados no tronco encefálico são os mais importantes para o controle minuto a minuto da respiração Esses quimiorreceptores estão localizados na superfície ventral do bulbo próximo ao ponto de saída dos nervos glossofaríngeo NC IX e vago NC X e apenas a curta distância do centro inspiratório GRDno bulbo Assim quimiorreceptores centrais se comunicam diretamente com o centro inspiratório Os quimiorreceptores do tronco encefálico são especificamente sensíveis às mudanças do pH do líquido cerebrospinal LCE Baixas do pH do LCE produzem aumento na frequência respiratória hiperventilação e as elevações do pH do LCE produzem reduções na frequência de respiração hipoventilação Os quimiorreceptores bulbares respondem diretamente às mudanças do pH do LCE e indiretamente às mudanças da Pco2 arterial Fig 533 Os números circulados na figura correspondem às seguintes etapas 422 FIGURA 533 Resposta dos quimiorreceptores centrais ao pH Os números circulados correspondem às etapas enumeradas discutidas no texto LCE líquido cerebrospinal 1 No sangue o CO2 se combina reversivelmente com H2O para formar H e HCO3 pelas reações já vistas Como a barreira hematoencefálica é relativamente impermeável ao H e ao HCO3 esses íons são retidos no compartimento vascular e não penetram no encéfalo O CO2 no entanto é muito permeável através da barreira hematoencefálica e penetra no líquido extracelular do encéfalo 2 O CO2 é também permeável através da barreira encéfaloLCE e penetra no LCE 3 No LCE o CO2 é convertido a H e HCO3 Dessa forma aumentos da Pco2 arterial produzem aumentos da Pco2 do LCE o que também resulta em elevação da concentração de H do LCE redução no pH 4 e 5 Os quimiorreceptores centrais estão muito próximos do LCE e detectam a redução do pH A baixa do pH então sinaliza ao centro respiratório para aumentar a frequência respiratória hiperventilação Em resumo o objetivo dos quimiorreceptores centrais é manter a Pco2 arterial dentro das faixas normais se possível Assim aumentos da Pco2 arterial produzem aumentos na Pco2 no encéfalo e no LCE o que reduz o pH do LCE Isso é detectado por quimiorreceptores centrais para o H que instruem o GRD a aumentar a frequência respiratória Quando a frequência respiratória aumenta mais CO2 será expirado e a Pco2 arterial irá cair em direção ao normal Quimiorreceptores Periféricos Existem quimiorreceptores periféricos para O2 CO2 e H nos corpos carotídeos localizados na bifurcação das artérias carótidas comuns e nos corpos aórticos acima e abaixo dos arcos aórticos Fig 532 A informação sobre a Po2 o Pco2 e o pH arterial é transmitida aos centros inspiratórios bulbares via NC IX e NC X que orquestram a variação apropriada da frequência respiratória Cada uma das seguintes mudanças na composição do sangue arterial é detectada 423 por quimiorreceptores e produz um aumento da frequência respiratória Reduções da Po2 arterial A responsabilidade mais importante dos quimiorreceptores periféricos é detectar alterações da Po2 arterial Surpreendentemente no entanto os quimiorreceptores periféricos são relativamente insensíveis às mudanças da Po2 eles respondem quando a Po2 cai a menos de 60 mmHg Assim se a Po2 arterial estiver entre 100 mmHg e 60 mmHg a frequência respiratória fica virtualmente constante No entanto se a Po2 arterial cair para menos de 60 mmHg a frequência respiratória aumenta de modo acentuado e linear Nessa faixa de Po2 os quimiorreceptores periféricos são intensamente sensíveis ao O2 de fato eles respondem tão rapidamente que a frequência de disparo dos neurônios sensoriais pode variar durante um só ciclo respiratório Aumentos da Pco2 arterial Os quimiorreceptores periféricos também detectam aumentos da Pco2 mas o efeito é menos importante que sua resposta às reduções de Po2 A detecção de variações da Pco2 pelos quimiorreceptores periféricos também é menos importante que a detecção de mudanças da Pco2 central pelos quimiorreceptores centrais Reduções do pH arterial Reduções do pH arterial também causam aumento da ventilação mediado pelos quimiorreceptores periféricos para o H Esse efeito é independente de alterações da Pco2 arterial e é mediado apenas por quimiorreceptores dos corpos carotídeos não pelos dos corpos aórticos Assim na acidose metabólica em que ocorre redução do pH arterial os quimiorreceptores são estimulados diretamente para aumentar a frequência ventilatória a compensação para a acidose metabólica Cap 7 Outros Receptores Além dos quimiorreceptores muitos outros tipos de receptores estão envolvidos no controle da respiração incluindo os receptores pulmonares de estiramento receptores de articulações e músculos receptores de estímulos irritativos e receptores justacapilares J Receptores pulmonares de estiramento Mecanorreceptores estão presentes na musculatura lisa das vias aéreas Quando estimulados pela distensão dos pulmões e das vias aéreas os mecanorreceptores iniciam a redução reflexa na frequência respiratória chamada reflexo HeringBreuer O reflexo reduz a frequência respiratória pelo prolongamento do tempo expiratório Receptores das articulações e dos músculos Os mecanorreceptores localizados nas articulações e nos músculos detectam o movimento das costelas e instruem os centros inspiratórios a aumentar a frequência respiratória Informação das articulações e músculos é importante na resposta inicial antecipatória ventilatória ao exercício Receptores de estímulos irritativos Receptores para partículas e substâncias químicas nocivas estão localizados entre as células epiteliais que margeiam as vias 424 aéreas A informação desses receptores vai até o bulbo pelo NC X e causa constrição reflexa da musculatura lisa brônquica e aumento na frequência respiratória Receptores J Receptores justacapilares J são localizados nas paredes alveolares e dessa forma estão próximos aos capilares O alargamento dos capilares pulmonares com sangue e aumentos do volume do líquido intersticial pode ativar esses receptores e produzir aumento na frequência respiratória Por exemplo na falência do lado esquerdo do coração o sangue se acumula na circulação pulmonar e os receptores J mediam mudança no padrão respiratório incluindo respiração superficial e dispneia dificuldade em respirar Funções integrativas Como no sistema cardiovascular as funções coordenadas do sistema respiratório são melhor apreciadas por meio de exemplos Dois exemplos que ilustram muitos dos princípios apresentados neste capítulo são a resposta ao exercício e a adaptação à altitude elevada Um terceiro exemplo a doença pulmonar obstrutiva crônica é discutida no Quadro 52 Quadro 52 F isiologia C línica D oença P ulmonar O bstrutiva C rônica D P O C Descrição de caso Homem de 65 anos de idade fumou dois maços de cigarros por dia por mais de 40 anos Ele tem uma longa história de produção de escarro matinal tosse e encurtamento progressivo da respiração durante esforço dispneia Durante a década passada a cada outono e inverno ele teve crises de bronquite com dispneia e chiado que foram gradualmente piorando com os anos Quando internado no hospital ele estava com respiração curta e cianótico Ele tem tórax em formato de barril Sua frequência respiratória é de 25 respiraçõesmin com volume corrente de 400 mL Sua capacidade vital é 80 do valor normal para homem de sua idade e tamanho e a VEF1 é 60 do normal Os seguintes valores do sangue arterial foram obtidos valores normais estão entre parênteses pH 747 normal 74 60 mmHg normal 100 mmHg 30 mmHg normal 40 mmHg Saturação da hemoglobina 90 Concentração de hemoglobina 14 gL normal 15 gL Explicação do caso O histórico do homem com tabagismo e bronquite sugere doença pulmonar severa 425 Dos valores arteriais sanguíneos o mais notavelmente anormal é a de 60 mmHg A concentração de hemoglobina 14 gL está normal e a saturação da hemoglobina de 90 está na faixa esperada para a Po2 de 60 mmHg Fig 520 O baixo valor para de 60 mmHg pode ser explicado em termos das trocas gasosas defeituosas nos pulmões Esse déficit é mais bem compreendido pela comparação da medida em 60 mmHg com a calculada com a equação do gás alveolar Se as duas forem iguais então as trocas estão normais e não existe déficit Se a é menor que a ie existe a diferença A a então existe defeito na com insuficientes quantidades de O2 sendo adicionadas ao sangue capilar pulmonar A equação do gás alveolar pode ser utilizada para calcular a se a PiO2 a e o quociente respiratório forem conhecidos A PiO2 é calculada a partir da pressão barométrica corrigida pela pressão do vapor de água e da porcentagem de O2 no ar 21 A é igual à que é dada Supõese que o quociente respiratório seja 08 Dessa forma Como a 60 mmHg é muito menor que a calculada 113 mmHg deve haver desajuste entre a ventilação e a perfusão Algum sangue está perfundindo alvéolos não ventilados diluindo acentuadamente o sangue oxigenado e reduzindo a Po2 arterial A é menor que a normal porque o paciente está hiperventilando e expirando mais CO2 do que seu corpo está produzindo Ele está hiperventilando porque está hipóxico Sua está quase baixa o suficiente para estimular os 426 quimiorreceptores periféricos que ativam os centros inspiratórios bulbares para aumentar a frequência de ventilação Seu pH arterial está levemente alcalino porque sua hiperventilação produziu leve alcalose respiratória A VEF1 desse homem está mais reduzida que sua capacidade vital assim VEF1CVF está reduzida o que é consistente com doença pulmonar obstrutiva na qual a resistência das vias aéreas está aumentada Seu tórax em formato de barril é mecanismo compensatório para o aumento da resistência das vias aéreas os volumes de seus pulmões exercem forças de tração positivas sobre as vias aéreas e reduzem a resistência das vias aéreas ao respirar volume pulmonar maior ele pode ajustar parcialmente a resistência das vias aéreas de sua doença Tratamento O homem foi avisado para interromper o tabagismo imediatamente A ele foi dado um antibiótico para tratar uma suspeita infecção e uma forma inalante do albuterol um agonista β2 para dilatar suas vias aéreas Respostas ao Exercício Físico A resposta do sistema respiratório ao exercício físico é incrível Com o aumento da demanda do organismo por O2 mais O2 é suprido pelo aumento da frequência ventilatória excelente combinação ocorre entre o consumo de O2 produção de CO2 e a frequência ventilatória Por exemplo quando um atleta treinado está se exercitando seu consumo de O2 aumenta do valor do repouso de 250 mLmin para 4000 mLmin e sua ventilação pode aumentar de 75 Lmin para 120 Lmin Tanto o consumo quanto a ventilação aumentam por mais que 15 vezes o valor de repouso Questão interessante é Que fatores asseguram que a ventilação irá suprir a demanda pelo O2 Nesse ponto não existe resposta completamente satisfatória a essa questão As respostas do sistema respiratório ao exercício estão resumidas na Tabela 53 e na Figura 534 427 Tabela 53 Resumo das Respostas Respiratórias ao Exercício Parâmetro Resposta ao Exercício Consumo de O2 Produção de CO2 Frequência da ventilação Po2 e Pco2 arteriais Nenhuma mudança pH arterial Nenhuma mudança durante exercício moderado Durante exercício extenuante Pco2 venosa Fluxo sanguíneo pulmonar e débito cardíaco Relação Mais eficientemente distribuído pelo pulmão Espaço morto fisiológico Curva de dissociação da O2 hemoglobina Deslocada para a direita P50 redução da afinidade FIGURA 534 Respostas do sistema respiratório ao exercício A Po2 e a Pco2 Arteriais É notável que os valores médios para a Po2 e Pco2 arteriais não se alteram durante o exercício Aumento na taxa da ventilação e eficiência das trocas gasosas garante que não ocorrerá nem a redução da Po2 arterial nem aumento da Pco2 arterial o pH arterial pode diminuir no entanto durante exercício extenuante por causa da produção muscular de ácido lático Relembrando que os quimiorreceptores periféricos e centrais respondem respectivamente às variações da e da portanto é ainda um mistério como a frequência de ventilação pode ser alterada de modo tão 428 preciso para alcançar o aumento da demanda quando esses parâmetros parecem permanecer constantes Uma hipótese diz que embora o valor médio da Po2 e Pco2 arteriais não se altere oscilações de seus valores realmente ocorrem durante o ciclo respiratório Essas oscilações podem via quimiorreceptores produzir ajustes imediatos da ventilação o que significa que os valores médios permaneceriam constantes Pco2 Venosa A Pco2 do sangue venoso misto deve aumentar durante o exercício porque os músculos esqueléticos estão adicionando mais CO2 que o usual ao sangue venoso No entanto desde que a média da Pco2 arterial não se altera a ventilação deve aumentar o suficiente para livrar o corpo do excesso de CO2 ie o CO2 extra é expirado pelos pulmões e nunca alcança o sangue arterial Receptores Musculares e de Articulações Os receptores musculares e de articulações enviam informação ao centro inspiratório bulbar e participam da resposta coordenada ao exercício Esses receptores são ativados no início do exercício e o centro inspiratório é comandado a aumentar a ventilação Débito Cardíaco e Fluxo Sanguíneo Pulmonar O débito cardíaco aumenta durante o exercício para atender à demanda tecidual pelo O2 como discutido no Capítulo 4 Como o fluxo sanguíneo pulmonar é o débito cardíaco do lado direito do coração o fluxo sanguíneo pulmonar aumenta Ocorre redução na resistência pulmonar associada à perfusão de mais leitos capilares pulmonares o que também melhora as trocas gasosas Como resultado o fluxo sanguíneo pulmonar passa a ser mais igualitariamente distribuído pelos pulmões e a relação fica mais homogênea produzindo redução do espaço morto fisiológico Curva de Dissociação da O2Hemoglobina Durante o exercício a curva de dissociação da O2hemoglobina se desvia para a direita Fig 522 Existem múltiplas razões para esse desvio incluindo o aumento da Pco2 tecidual redução do pH tecidual e aumento da temperatura O desvio para a direita é vantajoso é claro desde que esteja associado a aumento da P50 e redução da afinidade da hemoglobina pelo O2 tornando mais fácil a liberação do O2 no músculo esquelético ativo Adaptação às Altitudes Elevadas Ascender à altitude elevada é uma das diversas causas de hipoxemia As respostas 429 respiratórias à altitude elevada são ajustes adaptativos que a pessoa deve realizar para Po2 reduzida no ar inspirado e ar alveolar A redução da Po2 das altitudes elevadas é explicada da seguinte forma no nível do mar a pressão barométrica é 760 mmHg a 5500 m acima do nível do mar a pressão barométrica cai à metade desse valor ou 380 mmHg Para calcular a Po2 do ar inspirado umidificado a 5500 m acima do nível do mar corrija a pressão barométrica do ar seco pela pressão do vapor de água de 47 mmHg e multiplique pela concentração fracional do O2 que é 21 Desta forma a 5500 m a Po2 70 mmHg 380 mmHg 47 mmHg 021 70 mmHg Cálculo simples para a pressão no pico do Monte Everest leva à Po2 do ar inspirado de apenas 47 mmHg Apesar de severas reduções da Po2 tanto do ar inspirado quanto do ar alveolar é possível viver em altitudes elevadas se as seguintes respostas adaptativas ocorrerem Tabela 54 e Fig 535 Tabela 54 Resumo das Respostas Respiratórias Adaptativas à Altitude Elevada Parâmetro Resposta à Altitude Elevada Po2 alveolar devido à redução na pressão barométrica Po2 arterial hipoxemia Frequência da ventilação hiperventilação devido à hipoxemia pH arterial alcalose respiratória devido à hiperventilação Concentração de hemoglobina concentração aumentada de hemácias no sangue Concentração de 23 DPG Curva de dissociação da O2hemoglobina Desloca para a direita P50 afinidade reduzida Resistência vascular pulmonar devido à vasoconstrição hipóxica Pressão na artéria pulmonar secundária à resistência pulmonar aumentada 430 FIGURA 535 Respostas do sistema respiratório à elevada altitude Hiperventilação A resposta mais significativa à altitude elevada é a hiperventilação o aumento na taxa da ventilação Por exemplo se a Po2 alveolar for 70 mmHg então o sangue arterial que é quase perfeitamente equilibrado terá também a Po2 de 70 mmHg que não vai estimular os quimiorreceptores periféricos No entanto se a Po2 alveolar for 60 mmHg o sangue arterial terá a Po2 de 60 mmHg no caso em que a hipoxemia suficientemente é severa para estimular os quimiorreceptores periféricos nos corpos carotídeos e aórticos Por sua vez os quimiorreceptores instruem o centro inspiratório bulbar a aumentar a frequência ventilatória Consequência da hiperventilação é que CO2 extra é expirado pelos pulmões e a Pco2 arterial baixa produzindo alcalose respiratória No entanto a redução da Pco2 e o aumento resultante do pH irão inibir os quimiorreceptores centrais e periféricos o que será contrário ao referido aumento da frequência Esses efeitos contrários ao aumento causados pelo CO2 e pelo pH ocorrerão inicialmente mas dentro de alguns dias a excreção de HCO3 aumenta o HCO3 deixa o LCE e o pH do LCE diminui em direção ao valor normal Assim em alguns dias os efeitos nocivos são reduzidos e a hiperventilação reaparece A alcalose respiratória que ocorre como resultado de ascender às altitudes elevadas pode ser tratada com inibidores da anidrase carbônica p ex acetazolamida Esses fármacos aumentam a excreção HCO3 criando leve acidose metabólica compensatória Policitemia Subir às altitudes elevadas produz aumento da concentração de hemácias policitemia e como consequência aumento da concentração de hemoglobina O aumento da concentração de hemoglobina significa que a capacidade de transporte de O2 fica 431 aumentada o que aumenta o conteúdo total de O2 no sangue apesar da Po2 arterial ter sido diminuída Policitemia é vantajosa em termos de transporte de O2 para os tecidos mas é desvantajosa no que tange à viscosidade sanguínea O aumento da concentração das hemácias eleva a viscosidade sanguínea e aumenta a resistência ao fluxo sanguíneo Cap 4 a equação de Poiseuille O estímulo para a policitemia é a hipóxia o que aumenta a síntese de eritropoetina nos rins A eritropoetina EPO atua sobre a medula óssea para estimular a produção de hemácias O 23DPG e a Curva de Dissociação da O2Hemoglobina Uma das mais interessantes características da adaptação à altitude elevada é o aumento da síntese do 23DPG pelas hemácias O aumento na concentração do 23 DPG faz com que a curva de dissociação da O2hemoglobina seja desviada para a direita Esse desvio é vantajoso nos tecidos já que está associado ao aumento da P50 redução da afinidade e maior liberação de O2 Contudo o desvio para a direita é uma desvantagem nos pulmões porque torna mais difícil a carga de O2 no sangue do capilar pulmonar Vasoconstrição Pulmonar Na altitude elevada o gás alveolar tem baixa Po2 que tem efeito vasoconstritor direto sobre a vasculatura pulmonar ie vasoconstrição hipóxica Enquanto aumenta a resistência vascular pulmonar a pressão arterial pulmonar também deve aumentar para manter o fluxo sanguíneo constante O ventrículo direito deve bombear contra maior pressão arterial pulmonar e pode se hipertrofiar em resposta à maior sobrecarga Doença Aguda da Altitude A fase inicial de ascensão à altitude elevada está associada à constelação de queixas incluindo dor de cabeça fadiga tontura náusea palpitações e insônia Os sintomas são atribuídos à hipóxia inicial e à alcalose respiratória que são minimizadas quando as respostas adaptativas são estabelecidas Hipoxemia e hipóxia A hipoxemia é definida como a diminuição da Po2 arterial Hipóxia é a redução na oferta ou menor utilização de O2 nos tecidos A hipoxemia é causa de hipóxia dos tecidos embora não seja a única Hipoxemia A hipoxemia ou a redução da Po2 arterial tem múltiplas causas que são resumidas na 432 Tabela 55 Tabela 55 Causas de Hipoxemia Causa Gradiente A a O2 Suplementar Útil Elevada altitude PB PiO2 Diminuída Normal Sim Hipoventilação PiO2 Diminuída Normal Sim Efeito de difusão p ex fibrose Diminuída Aumentado Sim Defeito na Diminuída Aumentado Sim Desvio direitoesquerdo Diminuída Aumentado Limitado Instrumento útil para comparar as várias causas da hipoxemia é o gradiente A a ou diferença A a O gradiente A a é a diferença entre a Po2 do gás alveolar e a Po2 do sangue arterial sistêmico Como já explicado neste capítulo nesse contexto o A representa Po2 alveolar e a a Po2 arterial sistêmica A é calculada com a equação do gás alveolar e substituída como segue Brevemente o gradiente A a descreve se houve equilíbrio do O2 entre o gás alveolar e o capilar sanguíneo pulmonar que se torna o sangue arterial sistêmico Normalmente o O2 se equilibra através da barreira alveolarcapilar pulmonar e o gradiente A a é próximo a zero Em algumas mas não todas as causas da hipoxemia o gradiente A a está aumentado ou alargado sinalizando defeito no equilíbrio do O2 Altitude elevada causa hipoxemia porque a pressão barométrica Pb está diminuída o que reduz a Po2 do ar inspirado e do ar alveolar O equilíbrio do O2 através da barreira alveolarcapilar pulmonar é normal e o sangue arterial sistêmico consegue a mesma baixa Po2 que o ar alveolar Como a e a são praticamente iguais o gradiente A a é normal Na altitude 433 elevada respirar O2 suplementar aumenta a Po2 arterial por elevar a Po2 inspirada e alveolar A hipoventilação causa hipoxemia pela redução da Po2 alveolar menos ar inspirado fresco é trazido para os alvéolos O equilíbrio do O2 é normal e o sangue arterial sistêmico alcança a mesma e baixa Po2 no ar alveolar A e a são aproximadamente iguais e o gradiente A a é normal Na hipoventilação respirar O2 suplementar aumenta a Po2 arterial por aumentar a Po2 alveolar Problemas da difusão p ex fibrose edema pulmonar causam hipoxemia por aumentar a distância de difusão ou reduzir a área de superfície para a difusão O equilíbrio do O2 é afetado a é menor que a e o gradiente A a é aumentado Com defeitos da difusão respirar O2 suplementar aumenta a Po2 arterial pela elevação da Po2 alveolar e da força motriz para a difusão do O2 Problemas na podem causar hipoxemia e aumento do gradiente A a Relembre que os problemas na geralmente se apresentam como constelação de anormalidades que podem incluir regiões de espaço morto elevado baixo e desvio Relembre também que regiões de elevada têm Po2 elevada e baixa Po2 baixa A questão pode então surgir Nos problemas por que as regiões de elevada não compensam as regiões de baixa já que a Po2 deixando os pulmões é normal A resposta é que enquanto regiões com elevada contêm sangue com Po2 elevada o fluxo sanguíneo para essas regiões é baixo ie relação elevada e contribui muito pouco para o fluxo sanguíneo total Regiões de baixa onde a Po2 é baixa recebem o maior fluxo sanguíneo e o maior efeito global sobre a Po2 do sangue que deixa os pulmões Nos problemas o O2 suplementar pode ser útil principalmente porque ele aumenta a Po2 das regiões com baixas onde é maior o fluxo sanguíneo Os desvios direitaesquerda desvios cardíacos direitoesquerdo e desvios intrapulmonares sempre causam hipoxemia e aumento do gradiente A a O sangue desviado evita completamente o alvéolo e não pode ser oxigenado Fig 5 27 Como o sangue desviado se mistura com e dilui o sangue normalmente oxigenado sangue não desviado a Po2 do sangue que deixa os pulmões deve ser menor que a normal O O2 suplementar tem efeito limitado sobre a Po2 do sangue arterial sistêmico porque pode apenas aumentar a Po2 do sangue normal não desviado o sangue desviado continua a ter um efeito dilucional Portanto a capacidade de O2 suplementar para elevar a PO2 do sangue arterial sistêmico vai depender do tamanho do desvio quanto maior for o desvio menos eficaz o O2 suplementar Outra característica do uso de O2 suplementar para tratar desvios direitaesquerda é que o gradiente A a nunca é corrigido de fato à medida que o O2 suplementar é administrado o gradiente A a aumenta porque a PAO2 aumenta 434 mais rápido do que a PaO2 Hipóxia A hipóxia é a redução da oferta de O2 aos tecidos Como a entrega de O2 é produto do débito cardíaco e conteúdo sanguíneo de O2 a hipóxia é causada por redução do débito cardíaco fluxo sanguíneo ou redução da quantidade de O2 no sangue Relembre que o conteúdo sanguíneo de O2 é determinado primariamente pela quantidade de O2hemoglobina As causas da hipóxia estão mostradas na Tabela 56 Tabela 56 Causas de Hipóxia Causa Mecanismo Débito cardíaco Fluxo sanguíneo Hipoxemia Pao2 Saturação de oxiemoglobina Conteúdo de O2 do sangue Anemia Concentração de hemoglobina Conteúdo de O2 do sangue Envenenamento por monóxido de carbono Conteúdo de O2 do sangue Desvio para a esquerdada curva de dissociação da oxiemoglobina Envenenamento por cianeto Utilização de O2 pelos tecidos Redução do débito cardíaco e do fluxo sanguíneo regional local é em si evidente causa de hipóxia A hipoxemia devido a qualquer causa Tabela 55 é a principal causa de hipóxia A razão pela qual a hipoxemia causa hipóxia é que a reduzida reduz a porcentagem de saturação da hemoglobina Fig 520 A O2hemoglobina é a principal forma de O2 no sangue assim a redução da quantidade de O2hemoglobina significa redução no conteúdo total de O2 A anemia ou redução na concentração de hemoglobina também reduz a quantidade de O2hemoglobina no sangue O envenenamento por monóxido de carbono CO causa hipóxia porque o CO ocupa os sítios de ligação da hemoglobina que normalmente são ocupados por O2 assim o CO diminui o conteúdo de O2 do sangue O envenenamento por cianeto interfere com a utilização de O2 pelos tecidos ele é causa de hipóxia que não envolve redução do fluxo sanguíneo ou diminuição do conteúdo de O2 do sangue Resumo Os volumes e capacidades pulmonares são medidos com um espirômetro exceto os volumes ou capacidades que incluem o volume residual O espaço morto anatômico das vias aéreas e dos pulmões não participa nas trocas 435 gasosas O espaço morto anatômico é o volume das vias aéreas condutoras O espaço morto fisiológico inclui o espaço morto anatômico e também as regiões da zona respiratória que não participam nas trocas gasosas A equação da ventilação alveolar expressa a relação inversa entre a e a ventilação alveolar A equação do gás alveolar estende sua relação para a previsão da Na respiração calma os músculos respiratórios diafragma são utilizados apenas para a inspiração a expiração é passiva A complacência dos pulmões e da caixa torácica é medida como a tangente da curva pressãovolume Como resultado das suas forças elásticas o tórax tem tendência a se expandir e os pulmões de se colapsar Na CRF essas duas forças são exatamente balanceadas e a pressão intrapleural é negativa A complacência dos pulmões aumenta no enfisema e com a idade A complacência se reduz na fibrose e quando o surfactante pulmonar está ausente O surfactante mistura de fosfolipídios produzidos pela célula alveolar tipo II reduz a tensão superficial de maneira que os alvéolos podem permanecer inflados apesar dos seus pequenos raios A síndrome do sofrimento respiratório do recém nascido ocorre quando o surfactante está ausente O fluxo aéreo para dentro e para fora dos pulmões é ativado pelo gradiente de pressão entre a atmosfera e os alvéolos e é inversamente proporcional à resistência das vias aéreas A estimulação dos receptores b2adrenérgicos dilata as vias aéreas e a estimulação dos receptores colinérgicos muscarínicos constringe as vias aéreas A difusão do O2 e CO2 através da barreira alvéolocapilar pulmonar é governada pela lei de Fick e ativada pela diferença da pressão parcial do gás O sangue venoso misto penetra nos capilares pulmonares e é arterializado enquanto O2 é adicionado a ele e o CO2 removido O sangue que deixa os capilares pulmonares se tornará sangue arterial sistêmico A troca gasosa difusãolimitada é ilustrada pelo CO e pelo O2 na fibrose pulmonar ou exercício extenuante A troca gasosa perfusãolimitada é ilustrada pelo N2O CO2 e O2 sob condições normais O O2 é transportado no sangue na forma dissolvida e na ligada à hemoglobina Uma molécula de hemoglobina pode se ligar a quatro moléculas de O2 A forma sigmoide da curva de dissociação da O2hemoglobina reflete a afinidade aumentada para cada molécula sucessiva de O2 que é ligada Desvio para a direita da curva de dissociação da O2hemoglobina é associado à redução da afinidade aumento da P50 e maior liberação do O2 para os tecidos Desvio para a esquerda é associado à afinidade aumentada redução da P50 e menor liberação de O2 para os tecidos O CO reduz a capacidade de ligação do O2 com a hemoglobina e causa desvio para a esquerda O CO2 é transportado no sangue na forma dissolvida como carbaminoemoglobina e como HCO3 O HCO3 é produzido nos eritrócitos a partir do CO2 e H2O 436 catalisado pela anidrase carbônica O HCO3 é transportado no plasma até os pulmões onde as reações ocorrem para reverter e regenerar CO2 que é então expirado O fluxo sanguíneo pulmonar é o débito cardíaco do lado direito do coração e é igual ao do lado esquerdo O fluxo sanguíneo pulmonar é regulado primariamente pela com hipóxia alveolar produzindo vasoconstrição O fluxo sanguíneo pulmonar é desigualmente distribuído nos pulmões de pessoa em postura ortostática o fluxo sanguíneo é menor no ápice do pulmão e maior na base A ventilação é distribuída de modo similar embora variações regionais nas intensidades ventilatórias sejam menores que as do fluxo sanguíneo Dessa forma a é maior no ápice dos pulmões e menor na base com valor médio de 08 Onde a tem o maior valor a tem também o maior valor e a tem o menor Os problemas na pioram as trocas gasosas Se a ventilação está diminuída em relação à perfusão então a e a se aproximarão dos valores do sangue venoso misto Se a perfusão está diminuída com relação à ventilação então a e a se aproximarão dos valores do ar inspirado A respiração é controlada pelo centro respiratório bulbar que recebe informação sensorial dos quimiorreceptores centrais no tronco encefálico de quimiorreceptores periféricos nos corpos aórticos e carotídeos e de mecanorreceptores nos pulmões e nas articulações Os quimiorreceptores centrais são especialmente sensíveis às mudanças do pH do LCE com reduções no pH causando hiperventilação Os quimiorreceptores periféricos são especialmente sensíveis ao O2 com a hipoxemia causando hiperventilação Durante a atividade física a frequência da ventilação e o débito cardíaco aumentam para atingir a necessidade corpórea por O2 de forma que os valores médios para a e a não se alterem A curva da dissociação da O2hemoglobina é desviada para a direita como resultado da Pco2 aumentada do aumento da temperatura e da redução do pH nos tecidos Na altitude elevada a hipoxemia resulta de reduções da Po2 do ar inspirado Respostas adaptativas à hipoxemia incluem a hiperventilação alcalose respiratória vasoconstrição pulmonar policitemia aumento da produção do 23DPG e desvio para a direita da curva de dissociação da hemoglobina A hipoxemia ou redução da é causada pela altitude elevada hipoventilação problemas da difusão problemas da e desvios direitoesquerdo A hipóxia ou redução na entrega de O2 aos tecidos é causada por redução do débito cardíaco ou de quantidade diminuída de O2 no sangue D esafie a S i M esmo Responda cada questão com uma palavra frase sentença ou solução numérica 437 Quando a lista de respostas possíveis for dada com a questão uma mais que uma ou nenhuma das respostas podem ser corretas As respostas corretas são fornecidas ao final do livro 1 Se o volume corrente é 500 mL o volume inspiratório de reserva é 3 L e a capacidade vital 5 L qual é o volume expiratório de reserva 2 Quais são as unidades da VEF1 3 O ar ambiente é mistura de O2 e N2 saturado com vapor de H2O Se a pressão barométrica é 740 mmHg e a concentração fracional de O2 é 21 qual é a pressão parcial de N2 4 Pessoa ao nível do mar respira mistura contendo 01 de monóxido de carbono CO A captação do CO foi medida utilizando o método de respiração única como sendo de 28 mLminuto Qual é a capacidade de difusão do pulmão para o CO Dpco 5 Qualis dos seguintes aumentam a P50 da hemoglobina concentração aumentada de H pH aumentado Pco2 aumentada concentração aumentada de 23 difosfoglicerato DPG 6 Qualis dos seguintes reduzem a capacidade de ligação da O2hemoglobina reduzir a concentração da hemoglobina reduzir a para 60 mmHg aumentar a Po2 arterial para 120 mmHg desvio para a esquerda da curva de dissociação da O2 hemoglobina 7 Se a relação ventilaçãoperfusão de região do pulmão diminuir como irão mudar a Po2 e a Pco2 no sangue dessa região 8 Nas trocas O2 perfusãolimitadas a Po2 ao final do capilar pulmonar será próxima à ou 9 Qualis dos seguintes ésão maiores na base do pulmão do que no ápice fluxo sanguíneo ventilação Po2 ou Pco2 10 Qualis causas da hipoxemia ésão associadas a aumento do gradiente A a altitude elevada hipoventilação respirar O2 10 problemas na fibrose ou desvios direitoesquerdo 11 Qual é o maior volume ou capacidade pulmonar que pode ser inspirado acima da CRF 12 Qualis dos seguintes ésão diminuídos tanto nas doenças pulmonares restritivas quanto obstrutivas capacidade vital VEF1 VEF1CVF 13 Se o volume corrente450 mL respiraçõesmin14min 45 mmHg 55 mmHg 100 mmHg 25 mmHg débito cardíaco5Lmin qual é a ventilação alveolar 14 Em pessoas com enfisema para equilibrar a força colapsante dos pulmões com a força expansiva da caixa torácica a capacidade residual funcional CRF é aumentada diminui ou permanece inalterada 15 Qual dos seguintes pares de pressão faz com que a estrutura colapse pressão alveolar 5 cmH2O e pressão intrapleural 5 cmH2O pressão das vias aéreas 0 e pressão intrapleural 5 cmH2O pressão das vias aéreas 15 cmH2O e pressão intrapleural 438 20 cmH2O 16 Qual causa de hipóxia é melhor corrigida com O2 suplementar anemia redução do débito cardíaco altitude elevada ou desvio direitoesquerdo 17 Com a subida a regiões de elevada altitude qual é a sequência correta desses eventos Hiperventilação redução da PaO2 redução da redução da redução da aumento do pH 18 Onde estou Para cada item na lista seguinte dê a correta localização no sistema respiratório a localização pode ser anatômica gráfico ou porção de um gráfico uma equação ou um conceito VEF1 Pa Pa Sobrecarga do ventrículo direito cadeias γ P50 Tangente da curva pressãovolume Pressão normalmente menor que a Pb Dp Po2 60 mmHg estimula a respiração 19 Em troca gasosa limitada pela perfusão a PO2 na extremidade do capilar pulmonar é igual à PO2 venosa mista maior que a PO2 alveolar inferior à PO2 alveolar ou igual à PO2 arterial sistêmica 20 Em pessoas com doença pulmonar restritiva para equilibrar a força de colapso nos pulmões com a força de expansão na parede torácica a capacidade residual funcional CRF aumenta diminui ou permanece inalterada Leituras selecionadas Slonim N B Hamilton L H Respiratory Physiology 5th ed St Louis Mosby 1987 West J B Pulmonary Pathophysiology 5th ed Baltimore Lippincott Williams Wilkins 1998 West J B Respiratory Physiologythe Essentials 6th ed Baltimore Williams Wilkins 2000 439 6 Fisiologia Renal Anatomia e Irrigação Sanguínea Líquidos Corporais Depuração Renal Fluxo Sanguíneo Renal Filtração Glomerular Reabsorção e Secreção Terminologia Associada ao Néfron Isolado Balanço do Sódio Balanço do Potássio Balanço de Fosfato Cálcio e Magnésio Balanço Hídrico Concentração e Diluição da Urina Resumo Desafie a Si Mesmo Os rins desempenham diversas funções Como órgãos excretores asseguram que substâncias em excesso ou nocivas sejam excretadas na urina em quantidades apropriadas Como órgãos reguladores os rins mantêm a constância do volume e da composição dos líquidos corporais por meio de variações da excreção de água e de solutos Finalmente como órgãos endócrinos os rins sintetizam e secretam três hormônios renina eritropoeitina e 125dihidroxicolecalciferol Anatomia e irrigação sanguínea Características Anatômicas Gerais do Rim Os rins são órgãos em forma de grão de feijão encontrados na cavidade retroperitoneal do corpo Em corte sagital os rins apresentam três regiões principais Fig 61 1 O córtex é a região mais externa localizada logo abaixo da cápsula renal 2 A medula é a região central e está dividida em zona externa e zona interna A zona externa por sua vez apresenta uma estria externa e uma estria interna 3 A papila é a 440 extremidade mais interna da medula renal interna e esvazia seu conteúdo em estruturas denominadas cálices maiores e menores que são extensões do ureter A urina de cada rim é drenada para o ureter e transportada para a bexiga para armazenamento e posterior eliminação FIGURA 61 Cortes sagital e coronal do rim Estrutura do Néfron As unidades funcionais dos rins são os néfrons Cada rim contém aproximadamente 1 milhão de néfrons Fig 62 O néfron consiste no glomérulo e no túbulo renal O glomérulo é a rede capilar glomerular que emerge da arteríola aferente Capilares glomerulares estão envolvidos pela cápsula de Bowman ou espaço de Bowman que é contínuo com a primeira porção do néfron O sangue é ultrafiltrado pelos capilares glomerulares para o espaço de Bowman que é a primeira etapa na formação da urina O restante do néfron é a estrutura tubular revestida por células epiteliais que desempenha mais funções de reabsorção e secreção 441 FIGURA 62 Segmentos do néfron cortical e do néfron justamedular O néfron ou túbulo renal contém os seguintes segmentos começando com o espaço de Bowman túbulo convoluto proximal túbulo reto proximal alça de Henle com o segmento descendente fino o segmento ascendente fino e o segmento ascendente espesso túbulo convoluto distal e ductos coletores Cada segmento do néfron é funcionalmente distinto da mesma forma que as células epiteliais que revestem cada segmento têm ultraestrutura diferente Fig 63 Por exemplo as células do túbulo convoluto proximal são únicas por ter microvilosidades profusamente desenvolvidas em sua superfície luminal chamadas de borda em escova A borda em escova provê ampla área de superfície para a função primordial de absorção do túbulo convoluto proximal Outras correlações entre ultraestrutura celular e função serão enfatizadas ao longo do capítulo 442 FIGURA 63 Diagrama esquemático do néfron Características ultraestruturais dos principais segmentos do néfron Existem dois tipos de néfrons os néfrons corticais superficiais e os néfrons justamedulares caracterizados pelo posicionamento de seus glomérulos dentro do rim Os néfrons corticais superficiais têm seus glomérulos situados na porção mais externa do córtex renal Esses néfrons apresentam alças de Henle relativamente curtas que descem apenas até a porção externa da medula renal Os néfrons justamedulares têm seus glomérulos próximos à borda corticomedular Os glomérulos dos néfrons justamedulares são maiores do que os dos néfrons corticais superficiais e consequentemente têm taxa de filtração glomerular mais alta Os néfrons justamedulares são caracterizados por longas alças de Henle que descem profundamente na medula interna e papila sendo essenciais para a concentração da 443 urina Vasculatura Renal O sangue entra nos rins pela artéria renal que se ramifica em artérias interlobares artérias arqueadas e em seguida em artérias corticais radiais As artérias menores se ramificam no primeiro conjunto de arteríolas as arteríolas glomerulares aferentes As arteríolas aferentes distribuem sangue para a primeira rede capilar os capilares glomerulares por meio dos quais ocorre o processo de ultrafiltração O sangue deixa os capilares glomerulares pelo segundo conjunto de arteríolas as arteríolas glomerulares eferentes que levam o sangue para a segunda rede capilar os capilares peritubulares Os capilares peritubulares envolvem os néfrons Água e solutos são reabsorvidos para os capilares peritubulares enquanto poucos solutos são secretados por esses O sangue dos capilares peritubulares flui para pequenas veias e então para a veia renal O suprimento de sangue dos néfrons corticais superficiais difere do suprimento para os néfrons justamedulares Nos néfrons superficiais capilares peritubulares se ramificam das arteríolas eferentes e distribuem nutrientes para as células epiteliais Esses capilares também servem como suprimento sanguíneo para a reabsorção e secreção Nos néfrons justamedulares os capilares peritubulares têm a especialização chamada de vasos retos que são longos vasos sanguíneos em forma de grampo que seguem o mesmo curso da alça de Henle Os vasos retos servem como trocadores osmóticos para a produção de urina concentrada Líquidos corporais A água é o solvente do meio interno e representa alta porcentagem do peso corporal Nesta seção discutiremos a distribuição da água nos vários compartimentos corporais os métodos de medição de volumes de líquidos nos compartimentos corporais as diferenças de concentrações de cátions e ânions entre os compartimentos e redistribuições de água que ocorrem entre compartimentos corporais quando ocorre algum distúrbio fisiológico Distribuição de Água entre os Líquidos Corporais Água Corporal Total A água representa 50 a 70 do peso corporal com valor médio de 60 Fig 64 A porcentagem de água corporal total varia dependendo do gênero e da quantidade de tecido adiposo no corpo O conteúdo de água corporal está inversamente correlacionado ao conteúdo de gordura Mulheres têm menor porcentagem de água do que os homens devido às mulheres terem porcentagem de gordura mais alta Por essas razões homens magros têm as mais altas porcentagens de água em seu peso corporal 70 e mulheres obesas têm as mais baixas 50 444 FIGURA 64 Compartimentos líquidos do corpo A água corporal total está distribuída entre o líquido intracelular e o líquido extracelular Está indicada a água como porcentagem do peso corporal nos principais compartimentos A relação entre o conteúdo de água e o peso corporal é clinicamente importante pois alterações do peso corporal podem ser usadas para estimar variações no conteúdo de água corporal Por exemplo na ausência de outras explicações a perda súbita de 3 kg de peso reflete a perda de 3 kg 3 L de água corporal total A distribuição de água entre os compartimentos corporais é mostrada na Figura 64 A água total corporal está distribuída entre dois compartimentos principais líquido intracelular LIC e líquido extracelular LEC Aproximadamente dois terços do conteúdo de água corporal estão no LIC e por volta de um terço no LEC Quando expresso em porcentagem do peso corporal 40 do peso corporal são LIC dois terços de 60 e 20 do peso corporal são LEC um terço de 60 É útil saber a regra 6040 20 60 do peso corporal são de água 40 são de LIC e 20 são de LEC O LEC é por 445 sua vez dividido entre dois compartimentos menores o líquido intersticial e o plasma Aproximadamente três quartos do LEC são encontrados no compartimento intersticial e um quarto fica no plasma Um terceiro compartimento de líquidos corporais o compartimento transcelular não mostrado na Figura 64 é quantitativamente menor e inclui os líquidos cerebroespinal pleural peritoneal e digestivo Líquido Intracelular O LIC é a água presente no interior das células na qual todos os solutos intracelulares estão dissolvidos Ele representa dois terços do conteúdo total de água corporal ou 40 do peso corporal A composição do LIC é discutida no Capítulo 1 De maneira sucinta os principais cátions são potássio K e magnésio Mg2 e os principais ânions são as proteínas e os fosfatos orgânicos como o trifosfato de adenosina ATP o difosfato de adenosina ADP e o monofosfato de adenosina AMP Líquido Extracelular O LEC é a água presente por fora das células Ele representa um terço do conteúdo total de água corporal ou 20 do peso corporal O LEC está dividido em dois subcompartimentos o plasma e o líquido intersticial O plasma é o líquido que circula nos vasos sanguíneos e o líquido intersticial banha as células A composição do LEC difere substancialmente do LIC o principal cátion do LEC é o sódio Na e os principais ânions são o cloreto Cl e o bicarbonato HCO3 O plasma é o componente aquoso do sangue Ele é o líquido no qual as células sanguíneas ficam em suspensão Em relação ao volume o plasma representa 55 do volume sanguíneo e as células sanguíneas ie hemácias leucócitos e plaquetas representam os 45 restantes desse volume A porcentagem do volume sanguíneo ocupado pelas hemácias é chamada de hematócrito que é em média 045 ou 45 e é maior em homens 048 do que em mulheres 042 Proteínas plasmáticas constituem cerca de 7 do volume plasmático assim somente 93 do volume plasmático são de água correção que geralmente é ignorada Líquido intersticial é um ultrafiltrado do plasma Ele tem quase a mesma composição do plasma exceto pelas proteínas plasmáticas e as células sanguíneas Para entender por que o líquido intersticial contém poucas proteínas e nenhuma célula sanguínea basta simplesmente relembrar que ele é formado pela filtração através das paredes dos capilares Cap 4 Os poros nas paredes dos capilares permitem a livre passagem de água e de pequenos solutos porém não são suficientemente grandes para permitir a passagem das grandes moléculas de proteínas ou das células Existem também pequenas diferenças da concentração de pequenos cátions e ânions entre o líquido intersticial e o plasma que podem ser explicadas pelo efeito Gibbs Donnan das proteínas plasmáticas com cargas negativas Cap 1 O efeito Gibbs Donnan prediz que o plasma terá concentração ligeiramente mais alta de pequenos cátions p ex Na do que o líquido intersticial e concentração ligeiramente mais baixa de pequenos ânions p ex Cl 446 Determinação dos Volumes dos Compartimentos Hídricos Corporais Nos seres humanos os volumes dos compartimentos hídricos corporais são medidos pelo método de diluição O princípio básico subjacente a esse método é que uma substância marcadora será distribuída nos compartimentos hídricos corporais de acordo com suas características físicas Por exemplo açúcar de alto peso molecular como o manitol não pode cruzar membranas celulares e será distribuído no LEC mas não no LIC Assim o manitol é marcador de volume do LEC Por outro lado água pesada ie D2O será distribuída em todos os compartimentos e por isto é utilizada como marcador para a água corporal total As seguintes etapas são utilizadas para se medir o volume dos compartimentos hídricos corporais pelo método de diluição 1 Identificação de substância marcadora apropriada Os marcadores são selecionados de acordo com suas características físicas Tabela 61 Os marcadores da água corporal total são substâncias distribuídas em todos os locais onde exista água Essas substâncias incluem água pesada p ex D2O e água tritiada THO e antipirina substância muito lipossolúvel Os marcadores para o volume do LEC são substâncias que se distribuem por todo o LEC mas não cruzam membranas celulares Essas substâncias incluem açúcares de alto peso molecular como manitol e inulina e ânions de alto peso molecular como o sulfato Marcadores do volume plasmático são substâncias que se distribuem no plasma mas não no líquido intersticial pois são grandes o bastante para não cruzarem as paredes dos capilares Essas substâncias incluem albumina radioativa e azul de Evans corante que se liga à albumina Tabela 61 Resumo dos Compartimentos Hídricos Corporais Compartimento Líquido Corporal Porcentagem do Peso Corporal Fração do ACT Marcador ACT 60 10 D2O THO antipirina LEC 20 ⅓ Sulfato manitol inulina LIC 40 ⅔ ACTLEC Plasma 4 ¼ do LEC Albumina sérica radioiodada RISA azul de Evans Líquido intersticial 16 ¼ ¾ do LEC LECplasma D2O óxido de deutério LEC líquido extracelular LIC líquido intracelular ACT água corporal total THO água tritiada A faixa normal para a água corporal total é de 50 a 70 do peso corporal Os volumes do LIC e do líquido intersticial não podem ser medidos diretamente pois não existem marcadores específicos para estes compartimentos Assim os 447 volumes do LIC e do líquido intersticial são determinados indiretamente O volume do LIC é a diferença entre o volume de água corporal total e o volume do LEC O volume do líquido intersticial é a diferença entre o volume do LEC e o volume do plasma 2 Injeção de quantidade conhecida da substância marcadora A quantidade de substância injetada no sangue é medida em miligramas mg milimol mmol ou unidades de radioatividade p ex milicurie mCi 3 Equilibração e medida da concentração plasmática O marcador é deixado se equilibrar se distribuir nos líquidos corporais ajustes são feitos para perdas urinárias durante o período de equilibração e a concentração do marcador é então medida no plasma 4 Cálculo do volume do compartimento hídrico corporal Como a quantidade de marcador presente no corpo é conhecida ie a diferença entre a quantidade originalmente injetada e a quantidade excretada na urina e a concentração é medida o volume de distribuição da substância marcadora pode ser calculado da seguinte maneira onde Volume Volume de distribuição L ou Volume do compartimento hídrico corporal L Quantidade Quantidade de marcador injetado Quantidade excretada mg Concentração Concentração no plasma mgL Exemplo de problema Homem de 65 kg está participando de uma pesquisa para a qual é necessário que se saibam os volumes dos seus compartimentos líquidos corporais Para medir esses volumes foram injetados 100 mCi de D2O e 500 mg de manitol Durante período de 2 horas no qual ocorre a equilibração ele excretou 10 da D2O e 10 do manitol na sua urina Após o equilíbrio a concentração do D2O no plasma é de 0213 mCi100 mL e a concentração do manitol é de 32 mg100 mL Qual é a sua água corporal total seu volume de LEC e seu volume de LIC O volume de água corporal total desse homem é apropriado para o seu peso Solução A água corporal total pode ser calculada pelo volume de distribuição de D2O e o volume do LEC pode ser calculado pelo volume de distribuição do manitol O 448 volume do LIC não pode ser medido diretamente mas pode ser calculado pela diferença entre o volume da água corporal total e o volume do LEC O volume da água corporal total desse homem é de 423 L o que representa 651 do seu peso corporal 423 L são aproximadamente 423 kg 423 kg65 kg 651 Essa porcentagem está dentro da faixa normal de 50 a 70 do peso corporal Deslocamento de Água entre os Compartimentos Hídricos 449 Corporais A distribuição normal da água corporal total foi descrita antes neste capítulo e no Capítulo 1 Existem entretanto inúmeros distúrbios que por alterarem o balanço do soluto ou de água causam deslocamento da água entre os compartimentos hídricos corporais Entre os distúrbios a serem consideradas estão a diarreia a desidratação severa a insuficiência suprarrenal a infusão de salina isotônica a ingestão de altas concentrações de cloreto de sódio NaCl e a síndrome da secreção inadequada do hormônio antidiurético SIADH Esta seção apresenta abordagem sistemática para se entender os distúrbios mais comuns do balanço hídrico Os seguintes princípios fundamentais são necessários para entender os deslocamentos de líquido entre os compartimentos hídricos corporais Aprenda e entenda esses fundamentos 1 O volume do compartimento hídrico corporal depende da quantidade de soluto que contém Por exemplo o volume do LEC é determinado por seu conteúdo total de soluto Como o principal cátion do LEC é o Na e seus ânions acompanhantes Cl e HCO3 o volume do LEC é determinado pela quantidade de NaCl e de bicarbonato de sódio NaHCO3 que contém 2 A osmolaridade é a concentração de partículas osmoticamente ativas expressa em miliosmóis por litro mOsmL Na prática a osmolaridade é o mesmo que osmolalidade mOsmkgH2O uma vez que 1 L de água é equivalente a 1 kg de água O valor normal para a osmolaridade dos líquidos corporais é de 290 mOsmL ou para simplificar 300 mOsmL Podese fazer a estimativa da osmolaridade a partir da concentração plasmática de Na da concentração de glicose no plasma e da concentração de ureia no sangue BUN que são os principais solutos do LEC e do plasma onde Osmolaridade do plasma Osmolaridade do plasma concentração osmolar total em OsmL Na Concentração plasmática de Na em mEqL Glicose Concentração plasmática de glicose em mgdL BUN Concentração de nitrogênio da ureia no sangue em mgdL A concentração de sódio é multiplicada por 2 pois o Na deve estar contrabalanceado por concentração igual de ânions No plasma esses ânions são Cl e HCO3 A concentração de glicose em mgdL é convertida em mOsmL quando dividida por 18 A BUN em mgdL é convertida em mOsmL quando dividida por 28 3 No estado estável a osmolaridade intracelular é igual à osmolaridade extracelular 450 Em outras palavras a osmolaridade é a mesma em todos os líquidos corporais Para manter essa igualdade a água se desloca livremente através das membranas celulares Assim se ocorrer distúrbio que altere a osmolaridade do LEC a água se deslocará através das membranas celulares para fazer com que a osmolaridade do LIC fique igual à nova osmolaridade do LEC Após breve período de equilibração enquanto ocorre o deslocamento da água novo estado estável será estabelecido e as osmolaridades novamente ficarão iguais 4 Admitese que solutos como o NaCl e o NaHCO3 e os açúcares com alto peso molecular como o manitol fiquem confinados ao LEC por não atravessarem com facilidade as membranas celulares Por exemplo se a pessoa ingere grande quantidade de NaCl essa substância será adicionada apenas ao LEC e a quantidade do LEC aumentará Seis distúrbios dos líquidos corporais são resumidos na Tabela 62 e ilustrados na Figura 65 Esses distúrbios são agrupados e nomeados segundo o envolvimento da contração ou da expansão de volume e segundo participam do aumento ou da diminuição da osmolaridade do líquido corporal Tabela 62 Distúrbio dos Líquidos Corporais Tipo Exemplo Volume do LEC Volume do LIC Osmola ridade Hema tócrito Plasma proteína Contração isosmótica de volume Diarreia queimadura NA NA Contração hiperosmótica de volume Suor febre diabetes insípido NA Contração hiposmótica de volume Insuficiência suprarrenal Expansão isosmótica de volume Infusão de NaCl isotônico NA NA Expansão hiperosmótica de volume Ingestão elevada de NaCl Expansão hiposmótica de volume SIADH NA LEC líquido extracelular LIC líquido intracelular NaCl cloreto de sódio NA não altera SIADH síndrome da secreção inadequada do hormônio antidiurético 451 FIGURA 65 Deslocamentos da água entre os compartimentos líquidos corporais A osmolaridade normal do líquido extracelular LEC e do líquido intracelular LIC é mostrada pelas linhas contínuas Alterações do volume e da osmolaridade em resposta a vários distúrbios são representadas pelas linhas tracejadas SIADH Síndrome da secreção inadequada do hormônio antidiurético Contração de volume significa diminuição do volume do LEC Expansão de volume significa aumento do volume do LEC Os termos isosmótico hiperosmótico e hiposmótico se referem à osmolaridade do LEC Assim distúrbio isosmótico significa que não ocorreu variação da osmolaridade do LEC o distúrbio hiperosmótico significa que ocorreu aumento da osmolaridade do LEC e o distúrbio hiposmótico significa que ocorreu diminuição da osmolaridade do LEC Para entender os eventos que ocorrem nesses distúrbios pode ser empregada abordagem de três etapas Primeira identifique qualquer mudança no LEC p ex Foi adicionado soluto ao LEC Foi perdida água do LEC Segunda decida se essa mudança produzirá aumento diminuição ou não modificará a osmolaridade do LEC Terceira se houver alteração da osmolaridade do LEC determine se a água se deslocará para dentro ou para fora das células para restabelecer a igualdade entre as osmolaridades do LEC e do LIC Se não houver alteração da osmolaridade do LEC não haverá deslocamento de água Se houver alteração na osmolaridade do LEC deverá 452 então ocorrer deslocamento de água Contração Isomótica de Volume Diarreia A pessoa com diarreia perde grande volume de líquido pelo sistema gastrointestinal A osmolaridade do líquido perdido é aproximadamente igual à do LEC ela é isosmótica Assim o distúrbio na diarreia é a perda do líquido isosmótico do LEC Como resultado o volume do LEC diminui porém não é acompanhado por qualquer variação da osmolaridade do LEC pois o líquido que foi perdido é isosmótico Como não ocorreu alteração da osmolaridade do LEC não haverá necessidade de deslocamento de água através das membranas celulares e o volume de LIC permanecerá o mesmo No novo estado estável o volume de LEC diminuirá e a osmolaridade do LEC e do LIC não será alterada A diminuição do volume do LEC significa que o volume sanguíneo componente do LEC também foi reduzido o que produz baixa da pressão arterial Outras consequências da diarreia incluem hematócrito aumentado e concentração aumentada das proteínas plasmáticas o que é explicado pela perda de líquido isosmótico do LEC As hemácias e as proteínas que permanecem no componente vascular do LEC estão concentradas por essa perda de líquido Contração Hiperosmótica de Volume Privação de Água A pessoa perdida no deserto sem reposição adequada de água perde tanto NaCl quanto água pelo suor Informação importante não imediatamente óbvia é que o suor é hiposmótico em relação ao LEC ou seja comparado aos outros líquidos corporais o suor contém mais água que soluto Uma vez que líquido hiposmótico é perdido pelo LEC o volume do LEC diminui e sua osmolaridade aumenta A osmolaridade do LEC é transitoriamente mais alta que a osmolaridade do LIC e essa diferença de osmolaridade leva ao deslocamento de água do LIC para o LEC A água se deslocará até que a osmolaridade do LIC aumente e se iguale à osmolaridade do LEC Esse fluxo de água para fora das células diminui o volume do LIC No novo estado estável tanto o volume do LEC quanto o volume do LIC ficarão diminuídos e as osmolaridades do LEC e do LIC terão aumentado e se igualado Na contração hiperosmótica de volume a concentração das proteínas plasmáticas aumenta mas o hematócrito permanece inalterado A explicação para o aumento da concentração de proteínas é direta o líquido é perdido pelo LEC e as proteínas plasmáticas remanescentes ficam mais concentradas É menos óbvio no entanto por que o hematócrito permanece inalterado A perda de líquido do LEC por si só causaria aumento da concentração de hemácias e aumento do hematócrito No entanto ocorre também deslocamento de líquido nesse distúrbio a água se move do LIC para o LEC Uma vez que as hemácias são células água sai delas diminuindo seu volume Assim aumenta a concentração de hemácias mas seu volume diminui Os dois efeitos se compensam um ao outro e o hematócrito fica inalterado Qual é o estado final do volume do LEC Ele está diminuído em decorrência da perda de volume do LEC pelo suor aumentado devido ao deslocamento da água do LIC para o LEC ou 453 inalterado devido à ocorrência de ambos os fenômenos A Figura 65 mostra que o volume do LEC fica mais baixo do que o normal mas por quê A determinação do volume do LEC no novo estado estável é um processo complexo porque apesar de se ter perdido volume do LEC pelo suor a água também se desloca do LIC para o LEC O exemplo de problema a seguir mostra como determinar o novo volume do LEC para responder às questões antes propostas Exemplo de problema Mulher corre maratona em dia quente de verão e não bebe líquidos para repor o volume perdido pelo suor Determinouse que ela perdeu 3 L de suor com osmolaridade de 150 mOsmL Antes da maratona seu total de água corporal era de 36 L seu volume do LEC era 12 L seu volume do LIC era de 24 L e a osmolaridade dos seus líquidos corporais era de 300 mOsmL Suponha que novo estado estável tenha se estabelecido e que todo o soluto ie NaCl perdido por seu corpo veio do LEC Qual será o volume do seu LEC e sua osmolaridade após a maratona Solução Os valores obtidos antes da maratona serão designados de antigos e os valores após a maratona serão designados como novos Para resolver esse problema primeiro calcule a nova osmolaridade uma vez que a osmolaridade será a mesma em todas os fluidos do organismo no novo estado estável Então calcule o novo volume do LEC usando a nova osmolaridade Para calcular a nova osmolaridade calcule o número total de osmoles no corpo depois da perda de líquido pelo suor osmoles novos osmoles antigos osmoles perdidos no suor Então divida os osmoles novos pela nova água corporal total para obter a nova osmolaridade Lembrese de que a nova água corporal total é 36 L menos os 3 L perdidos no suor 454 Para calcular o novo volume do LEC suponha que todo o soluto NaCl perdido no suor veio do LEC Calcule os novos osmoles do LEC após essa perda em seguida divida pela nova osmolaridade calculada antes para obter o novo volume do LEC Para resumir os cálculos desse exemplo após a maratona a osmolaridade do LEC aumentou para 3136 mOsmL porque foi perdida solução hiposmótica pelo corpo 455 ie relativamente mais água do que soluto foi perdida no suor Depois da maratona o volume do LEC caiu para 10 L dos 12 L originais Por isso parte do volume mas não todo perdido do LEC pelo suor foi reposta pelo deslocamento de água do LIC para o LEC Se não ocorresse esse deslocamento o volume do LEC poderia ser ainda mais baixo ie 9 L Contração Hiposmótica de Volume Insuficiência Suprarrenal Pessoa com insuficiência suprarrenal tem deficiência de vários hormônios incluindo a aldosterona hormônio que normalmente promove a reabsorção de Na pelo túbulo distal e pelos ductos coletores Como resultado da deficiência de aldosterona o NaCl é excretado em excesso na urina Devido ao NaCl ser soluto do LEC a osmolaridade do LEC fica reduzida Transitoriamente a osmolaridade do LEC será menor do que a osmolaridade do LIC o que levará ao deslocamento de água do LEC para o LIC até que a osmolaridade do LIC diminua para os níveis da osmolaridade do LEC No novo estado estável as osmolaridades do LEC e do LIC estarão mais baixas do que o normal e iguais entre si Em decorrência do deslocamento de água o volume do LEC diminuirá e o volume do LIC aumentará Na contração hiposmótica a concentração de proteínas plasmáticas e o hematócrito aumentarão devido à redução de volume do LEC O hematócrito também aumentará em consequência do deslocamento de água para as hemácias aumentando o volume celular Expansão Isosmótica de Volume Infusão de NaCl Pessoa que recebe infusão isotônica de NaCl apresenta o quadro clínico contrário ao da pessoa que perde líquido isotônico por diarreia Como o NaCl é soluto extracelular toda solução isotônica de NaCl é adicionada ao LEC promovendo aumento do volume do LEC sem alterar sua osmolaridade Não haverá deslocamento de água entre o LIC e o LEC por não existir diferença de osmolaridade entre os dois compartimentos Tanto a concentração de proteínas plasmáticas quanto o hematócrito diminuirão ie serão diluídos devido ao aumento do volume do LEC Expansão Hiperosmótica de Volume Alta Ingestão de NaCl A ingestão de NaCl sólido p ex quando se come um pacote de batatas fritas aumentará a quantidade total de soluto no LEC Como resultado a osmolaridade do LEC aumentará Transitoriamente a osmolaridade do LEC ficará maior do que a do LIC o que acarretará deslocamento da água do LIC para o LEC reduzindo o volume do LIC e aumentando o volume do LEC No novo estado estável as osmolaridades do LIC e do LEC serão maiores do que as normais e iguais entre si Em decorrência do deslocamento de água para fora das células o volume do LIC diminuirá e o volume do LEC aumentará 456 Na expansão hiperosmótica de volume tanto a concentração das proteínas plasmáticas quanto o hematócrito diminuirão devido ao aumento de volume do LEC O hematócrito também diminuirá devido ao deslocamento de água para fora das hemácias Expansão Hiposmótica de Volume SIADH Uma pessoa com a síndrome da secreção inadequada do hormônio antidiurético SIADH secreta inadequadamente altos níveis do hormônio antidiurético ADH promovendo a reabsorção de água nos ductos coletores Quando os níveis de ADH estão anormalmente elevados muita água é reabsorvida e o excesso de água é retido e distribuído pela água corporal total O volume de água que é adicionado ao LEC e LIC é diretamente proporcional a seus volumes originais Por exemplo se 3 L extras de água são reabsorvidos pelos ductos coletores 1 L será adicionado ao LEC e 2 L serão adicionados ao LIC porque o LEC constitui um terço e o LIC constitui dois terços da água corporal total Quando comparados ao estado normal os volumes do LEC e do LIC estarão aumentados enquanto suas osmolaridades estarão diminuídas Na expansão hiposmótica de volume a concentração das proteínas plasmáticas diminuirá por diluição No entanto o hematócrito não se modificará como resultado de dois efeitos compensatórios a concentração de hemácias diminuirá em decorrência da diluição mas seu volume aumentará como consequência do deslocamento de água para o interior das células Depuração renal Depuração ou clearance é um conceito geral que descreve a velocidade pela qual substâncias são removidas ou depuradas do plasma Assim a depuração de todo o corpo significa a intensidade ou velocidade total resultante de remoção de uma substância por todos os órgãos a depuração hepática significa a intensidade de remoção pelo fígado e a depuração renal significa a intensidade de remoção de substâncias pelos rins O conceito de depuração renal está sendo introduzido neste ponto por ser utilizado em diversos conceitos básicos da fisiologia renal que serão abordados ao longo do capítulo Para referência veja as tabelas das abreviaturas Tabela 63 e das equações comumente utilizadas Tabela 64 457 Tabela 63 Abreviaturas Comumente Utilizadas em Fisiologia Renal Estrutura Abreviatura Significado Unidades eou Valor Normal Rim Total D Depuração mLmin U Concentração urinária mgmL P Concentração plasmática mgmL Intensidade de fluxo urinário mLmin TFG Taxa de filtração glomerular 120 mLmin FPR Fluxo plasmático renal 660 mLmin FSR Fluxo sanguíneo renal 1200 mLmin Néfron Isolado LT Concentração no líquido tubular mgmL LTPx Concentração de x no líquido tubular relativa à concentração de x no plasma Nenhum LTPinulina Concentração de inulina no líquido tubular relativa à concentração de inulina no plasma Nenhum LTPxLTPinulina Fração da carga remanescente no líquido tubular ou fração de excreção Nenhum 458 Tabela 64 Equações Comumente Usadas em Fisiologia Renal Nome Equação Unidades Comentários Depuração mLmin x é qualquer substância Proporção da depuração Nenhuma Também significa fração de excreção de x Fluxo plasmático renal mLmin Fluxo plasmático renal efetivo mLmin Subestima o FPR em 10 igual a DPAH Fluxo sanguíneo renal mLmin 1 hematócrito é a fração do volume sanguíneo que é plasma Taxa de filtração glomerular mLmin Igual à Dinulina Fração de filtração Nenhuma Carga filtrada Carga filtrada TFG Px mgmin Taxa de excreção mgmin Reabsorção ou Taxa de secreção Reabsorção ou secreção Carga filtrada Excreção mgmin Se positiva a reabsorção efetiva Se negativa a secreção efetiva Depuração da água livre mLmin Se positiva a água livre é excretada Se negativa a água livre é reabsorvida Por definição depuração renal é o volume de plasma completamente depurado pelos rins de uma substância por unidade de tempo Quanto maior a depuração renal mais plasma será depurado da substância As substâncias com depurações renais mais altas podem ser completamente removidas em uma só passagem do sangue pelos rins substâncias com menores depurações renais não serão removidas em sua maior parte A equação para a depuração renal é a seguinte Onde D Depuração mLmin Ux Concentração urinária da substância X mgmL Fluxo de urina por minuto mLmin Px Concentração plasmática da substância X mgmL Assim a depuração renal é a proporção entre a excreção urinária Ux e a 459 concentração plasmática de uma substância Para determinada concentração plasmática a depuração renal da substância aumenta à medida que a excreção urinária aumenta De novo as unidades da depuração são unidades de volume por unidade de tempo p ex mLmin Lhora Ldia que significa o volume de plasma depurado da substância por unidade de tempo Depuração de Várias Substâncias A depuração renal pode ser calculada para qualquer substância Dependendo das características da substância e de seu processamento pelos rins a depuração renal pode variar de zero a valores maiores do que 600 mLmin Por exemplo a depuração renal da albumina é quase zero porque normalmente a albumina não é filtrada pelos capilares glomerulares A depuração renal da glicose também é zero embora seja por razão diferente a glicose é filtrada e depois completamente reabsorvida de volta à corrente sanguínea Outras substâncias como o Na a ureia o fosfato e o Cl têm depurações maiores do que zero pois são filtradas e parcialmente reabsorvidas A inulina polímero da frutose é um caso especial A inulina é livremente filtrada pelos capilares glomerulares mas não é reabsorvida nem secretada por isso sua depuração determina a taxa de filtração glomerular Ácidos orgânicos como o ácido paraamino hipúrico PAH têm as mais elevadas depurações entre todas as substâncias por ser tanto filtrado quanto secretado Intensidade de Depuração A inulina tem propriedades muito específicas que a tornam a única substância cuja depuração é exatamente igual à taxa de filtração glomerular TFG A inulina é livremente filtrada pelos capilares glomerulares e uma vez filtrada não é reabsorvida nem secretada Assim a quantidade de inulina filtrada será exatamente igual à quantidade de inulina excretada Por essas razões a inulina é a substância de referência chamada marcador glomerular A depuração de qualquer substância x pode ser comparada à depuração da inulina e é expressa através da intensidade da depuração Portanto Os significados dos vários valores das intensidades de depuração são os seguintes DxDinulina 10 A depuração de x é igual à depuração da inulina A substância pode ser também um marcador glomerular a substância é filtrada mas não é reabsorvida nem secretada DxDinulina 10 A depuração de x é mais baixa que a depuração da inulina Ou a substância não é filtrada ou ela é filtrada e subsequentemente reabsorvida Por 460 exemplo a albumina não é filtrada e a depuração da albumina é menor do que a depuração da inulina As depurações de Na Cl HCO3 fosfato ureia glicose e aminoácidos também são menores do que a depuração da inulina devido a essas substâncias serem filtradas e depois reabsorvidas DxDinulina 10 A depuração de x é maior do que a depuração da inulina A substância é filtrada e secretada Exemplos de substâncias com depurações maiores do que a da inulina são os ácidos e bases orgânicos e em algumas situações o K Exemplo de problema No período de 24h 144 L de urina são coletados de homem recebendo infusão de inulina Na sua urina a inulina é 150 mgmL e a Na é 200 mEqL No plasma a inulina é 1 mgmL e a Na é 140 mEqL Qual é a proporção de depuração do Na e qual o significado desse valor Solução A proporção de depuração do Na é a depuração do Na relativa à depuração da inulina A equação de depuração para qualquer substância é C U P Todos os valores necessários estão disponíveis na discussão embora o fluxo urinário deva ser calculado 461 A proporção de depuração calculada para o Na de 001 ou 1 fornece muita informação sobre o processamento renal do Na Como o Na é livremente filtrado através dos capilares glomerulares ele também deve ser intensamente reabsorvido pelo túbulo renal fazendo com que sua depuração seja muito menor do que a depuração da inulina Proporção de depuração de 001 significa que somente 1 do Na filtrado é excretado Dito de outra forma 99 do Na filtrado foram reabsorvidos Fluxo sanguíneo renal Os rins recebem cerca de 25 do débito cardíaco o que é um dos maiores valores entre todos os órgãos Desse modo para a pessoa cujo débito cardíaco seja de 5 Lmim o fluxo sanguíneo renal FSR é de 125 Lmin ou 1800 Ldia Valores tão altos de FSR não são surpreendentes tendo em vista o papel fundamental desempenhado pelos rins na manutenção do volume e da composição dos líquidos corporais Regulação do Fluxo Sanguíneo Renal Como o fluxo sanguíneo em qualquer órgão o FSR Q é diretamente proporcional ao gradiente de pressão ΔP entre a artéria e a veia renais e é inversamente proporcional à resistência R da vasculatura renal Relembre do Capítulo 4 que Q ΔPR Relembre também que a resistência é gerada principalmente pelas arteríolas Contudo os rins são órgãos incomuns por apresentarem dois conjuntos de arteríolas o aferente e o eferente O principal mecanismo para as alterações do fluxo sanguíneo é por meio de variações da resistência arteriolar No rim isso pode ser produzido tanto por variações da resistência arteriolar aferente quanto por variações da resistência arteriolar eferente Tabela 65 462 Tabela 65 Vasoconstritores e Vasodilatadores Renais Vasoconstritores Vasodilatadores Terminações nervosas simpáticas catecolaminas PGE2 PGI2 Angiotensina II Óxido nítrico Endotelina Bradicinina Dopamina Peptídeo natriurético atrial ou atriopeptina PG Prostaglandina Sistema nervoso simpático e catecolaminas circulantes As arteríolas aferentes e eferentes são inervadas por fibras nervosas simpáticas que promovem vasoconstrição pela ativação de receptores α1 No entanto como existem muito mais receptores α1 nas arteríolas aferentes a atividade nervosa simpática aumentada provoca diminuição do FSR e da TFG Os efeitos do sistema nervoso simpático sobre a resistência vascular renal podem ser avaliados considerandose as resposta à hemorragia Relembre do Capítulo 4 que a perda de sangue e a consequente queda da pressão arterial causam por meio do mecanismo barorreceptor aumento da atividade simpática sobre o coração e os vasos sanguíneos Quando os receptores α1 renais são ativados por esse aumento da atividade simpática ocorre vasoconstrição das arteríolas aferentes levando à diminuição do FSR e da TFG Assim o sistema cardiovascular tentará aumentar a pressão arterial mesmo com redução do fluxo sanguíneo renal Angiotensina II A angiotensina II é potente vasoconstritor das arteríolas aferentes e eferentes O efeito da angiotensina sobre o FSR é nítido ela promove a contração dos dois grupos de arteríolas aumenta a resistência e diminui o fluxo sanguíneo No entanto arteríolas eferentes são mais sensíveis à angiotensina II do que a arteríola aferente e essa diferença de sensibilidade tem consequências para o seu efeito sobre a TFG veja a discussão sobre a regulação da TFG Resumindo baixos níveis de angiotensina II produzem aumento da TFG pela constrição das arteríolas eferentes enquanto altos níveis de angiotensina II produzem diminuição da TFG pela constrição das artérias aferentes e eferentes Na hemorragia o sangue perdido leva à diminuição da pressão arterial o que ativa o sistema reninaangiotensina aldosterona O alto nível de angiotensina II justo com o aumento da atividade nervosa simpática provoca constrição das arteríolas aferentes e eferentes causando diminuição do FSR e da TFG Peptídeo natriurético atrial ou atriopeptina PNA PNA e substâncias relacionadas como peptídeo natriurético cerebral PNC provocam dilatação das arteríolas aferentes e constrição das arteríolas eferentes Devido ao efeito dilatador do PNA nas arteríolas aferentes ser maior do que o efeito constritor nas arteríolas eferentes há uma diminuição global da resistência vascular renal e aumento resultante do FSR Tanto a dilatação das arteríolas aferentes quanto a constrição das arteríolas 463 eferentes levam ao aumento da TFG ver discussão sobre a regulação da TFG Prostaglandinas Várias prostaglandinas p ex a prostaglandina E2 e a prostaglandina I2 são produzidas localmente nos rins e causam vasodilatação das arteríolas aferentes e eferentes Os mesmos estímulos que ativam o sistema nervoso simpático e aumentam os níveis de angiotensina II na hemorragia também ativam a produção local de prostaglandinas renais Embora essas ações pareçam contraditórias os efeitos vasodilatadores das prostaglandinas têm nítido papel protetor para o FSR Assim as prostaglandinas modulam a vasoconstrição produzida pelo sistema nervoso simpático e pela angiotensina II Sem oposição essa vasoconstrição poderá provocar intensa redução do FSR resultando em insuficiência renal Os fármacos antiinflamatórios não esteroides AINEs inibem a síntese das prostaglandinas por isso interferem nos efeitos protetores das prostaglandinas sobre a função renal após hemorragia Dopamina A dopamina precursor da norepinefrina tem ações seletivas sobre as arteríolas em vários leitos vasculares Em níveis reduzidos a dopamina dilata as arteríolas cerebrais coronárias esplâncnicas e renais e contrai as arteríolas do músculo esquelético e da pele Assim dose pequena de dopamina pode ser administrada no tratamento da hemorragia devido a seu efeito protetor vasodilatador sobre o fluxo sanguíneo em vários órgãos importantes incluindo os rins Autorregulação do Fluxo Sanguíneo Renal O FSR é autorregulado dentro de ampla faixa de pressões arteriais médias Pa Fig 6 6 A pressão arterial renal pode variar de 80 a 200 mmHg ainda assim o FSR se manterá constante Somente quando a pressão arterial renal cai para menos de 80 mmHg é que o FSR diminui O único modo de manter essa constância do fluxo sanguíneo em face das alterações da pressão arterial é pela variação da resistência das arteríolas Assim quando a pressão arterial renal aumenta ou diminui a resistência renal deve aumentar ou diminuir proporcionalmente relembre que Q ΔPR 464 FIGURA 66 Autorregulação do fluxo sanguíneo renal e da taxa de filtração glomerular Pa Pressão arterial Para a autorregulação renal acreditase que a resistência seja controlada principalmente no nível da arteríola aferente em vez de ser na arteríola eferente O mecanismo de autorregulação não é entendido em sua totalidade Claramente o sistema nervoso autônomo não está envolvido uma vez que o rim desnervado p ex transplantado se autorregula tão bem quanto o rim intacto As principais teorias que explicam a autorregulação são o mecanismo miogênico e o feedback tubuloglomerular Hipótese miogênica A hipótese miogênica postula que o aumento da pressão arterial estira os vasos sanguíneos causando a contração reflexa do músculo liso das paredes vasculares aumentando consequentemente a resistência ao fluxo sanguíneo Cap 4 O mecanismo da contração induzida pelo estiramento envolve a abertura de canais de cálcio ativados por estiramento Ca2 nas membranas celulares do músculo liso Quando esses canais estiverem abertos mais Ca2 entra nas células do músculo liso vascular levando à maior tensão nas paredes do vaso A hipótese miogênica explica a autorregulação do FSR da seguinte maneira aumentos da pressão arterial renal estiram as paredes das arteríolas aferentes que respondem se contraindo A contração arteriolar aferente produz aumento da resistência arteriolar aferente O aumento da resistência então contrabalança o aumento da pressão arterial e o FSR é mantido constante Feedback tubuloglomerular O feedback tubuloglomerular é também mecanismo de autorregulação Fig 67 explicado da seguinte maneira quando a pressão arterial renal aumenta tanto o FSR quanto a TFG aumentam O aumento da TFG resulta em maior liberação de soluto e de água para a região da mácula densa da porção inicial do túbulo distal que é sensível a algum componente da carga aumentada que chega a ela A mácula densa que é parte do aparelho justaglomerular responde à liberação aumentada secretando substância vasoativa que causa constrição das arteríolas aferentes através de um mecanismo parácrino A 465 vasoconstrição local das arteríolas aferentes então reduz o FSR e a TFG de volta a seus valores normais ou seja ocorre a autorregulação FIGURA 67 Mecanismo do feedback tubuloglomerular TFG taxa de filtração glomerular FSR Fluxo sanguíneo renal Existem duas importantes questões não respondidas que dizem respeito ao mecanismo de feedback tubuloglomerular 1 Qual componente do líquido tubular é identificado pela mácula densa Os candidatos mais prováveis são o Na e Cl luminal 2 Que substância vasoativa é liberada pelo aparelho justaglomerular para agir localmente nas arteríolas aferentes Nesse caso os candidatos são a adenosina ATP e tromboxanos Determinação do Fluxo Plasmático Renal e do Fluxo Sanguíneo Renal Fluxo plasmático renal FPR pode ser estimado da depuração do ácido orgânico para aminohipúrico PAH O fluxo sanguíneo renal FSR é calculado a partir do FPR e do hematócrito 466 Determinação do Fluxo Plasmático Renal Real Princípio de Fick O princípio de Fick postula que a quantidade de substância que entra no órgão é igual à quantidade da substância que deixa esse órgão admitindo que a substância é aquela quantidade diminuída pelo órgão Aplicado ao rim o princípio de Fick afirma que a quantidade de substância que entra no rim via artéria renal é igual à quantidade de substância que deixa o órgão via veia renal mais a quantidade excretada na urina Fig 68 FIGURA 68 Determinação do fluxo plasmático renal pelo princípio de Fick PAH Ácido paraaminohipúrico AR concentração na artéria renal FPR fluxo plasmático renal VR concentração na veia renal U concentração na urina O PAH é a substância usada para determinar o FSR pelo princípio de Fick e sua derivação é a seguinte 467 Substituindo Resolvendo para FPR onde FPR Fluxo plasmático renal UPAH PAH na urina Velocidade ou intensidade do fluxo urinário ARPAH PAH na artéria renal VRPAH PAH na veia renal O PAH tem as seguintes características que o fazem a substância ideal para a medida do FPR 1 o PAH não é metabolizado nem sintetizado pelos rins 2 o PAH não altera o FPR 3 Os rins extraem removem grande parte do PAH do sangue arterial renal por combinação de filtração e secreção Como resultado quase todo o PAH que entra no rim pela artéria renal é excretado na urina deixando quantidade pequena na veia renal Como a concentração de PAH na veia renal é quase zero o denominador da equação anterior ARPAH VRPAH é grande e por isso pode ser determinado com precisão Para esclarecer melhor essa questão compare uma substância como a glicose que não é removida do sangue arterial renal O sangue venoso renal terá a mesma concentração de glicose que o sangue arterial renal e o denominador da equação será zero o que não é matematicamente permitido Evidentemente a glicose não pode ser usada para medir o FPR 4 Nenhum órgão exceto o rim extrai PAH então a concentração de PAH na artéria renal é igual à concentração de PAH em qualquer veia periférica O sangue venoso periférico pode ser 468 obtido facilmente ao passo que o sangue arterial renal não pode Determinação do Fluxo Plasmático Renal Efetivo Depuração do PAH A seção anterior explicou como realizar a determinação do fluxo plasmático renal real que envolve a infusão de PAH amostragem de urina e amostragem de sangue da artéria e da veia renal Em seres humanos é difícil se não impossível conseguir amostras dos vasos sanguíneos renais Entretanto baseado nas propriedades do PAH certas simplificações podem ser aplicadas para determinar o FPR efetivo que se aproxima do FPR real por cerca de 10 A primeira simplificação é que a VRPAH é considerada sendo zero Essa suposição é razoável uma vez que a maior parte do PAH que entra no rim pela artéria renal é excretada na urina por processos combinados de filtração e secreção A segunda simplificação é que a ARPAH é igual à concentração de PAH em qualquer veia periférica o que pode ser facilmente determinado Com essas modificações a equação para FPR passa a ser onde FPR efetivo Fluxo plasmático renal efetivo mLmin UPAH Concentração de PAH na urina mgmL Velocidade ou intensidadedo fluxo urinário mLmin PPAH Concentração plasmática de PAH mgmL DPAH Depuração de PAH mLmin Desse modo na forma simplificada o FPR efetivo é igual à depuração do PAH O FPR efetivo subestima o FPR real por aproximadamente 10 porque a VRPAH não é zero mas quase zero O VRPAH não é zero porque pequena fração do FPR supre o tecido renal que não está envolvido com a filtração e com a secreção do PAH p ex o tecido adiposo renal a cápsula renal O PAH não será extraído dessa porção do FPR e o PAH contido no sangue retorna à veia renal Determinação do Fluxo Sanguíneo Renal O FSR é calculado a partir do FPR e do hematócrito Hct A fórmula usada para calcular o FSR é a seguinte 469 onde FSR Fluxo sanguíneo renal mLmin FPR Fluxo plasmático renal mLmin Hct Hematócrito Assim o FSR é o FPR dividido por 1 menos o hematócrito onde o hematócrito é a fração do volume sanguíneo ocupado pelas hemácias e 1 hematócrito é a fração do volume sanguíneo ocupado pelo plasma Exemplo de problema Homem com fluxo urinário de 1 mLmin tem a concentração plasmática de PAH igual a 1 mg a concentração urinária de PAH igual a 600 mg e o hematócrito de 045 Qual é seu FPR Solução Uma vez que não são dados os valores das concentrações arteriais e renais de PAH o FPR verdadeiro e o FSR verdadeiro não pode ser calculado Entretanto o FPR efetivo pode ser calculado pela depuração do PAH O FSR efetivo pode então ser calculado usando o hematócrito Lembre mg significa mg100 mL 470 Filtração glomerular A filtração glomerular é a primeira etapa na formação da urina Quando o fluxo sanguíneo renal chega aos capilares glomerulares parte desse sangue é filtrada para o espaço de Bowman a primeira parte do néfron O líquido filtrado é semelhante ao líquido intersticial designado como ultrafiltrado O ultrafiltrado contém água e todos os pequenos solutos do sangue mas não contém proteínas e células sanguíneas As forças responsáveis pela filtração glomerular são semelhantes às forças que operam nos capilares sistêmicos forças de Starling Cap 4 Entretanto existem diferenças nas características e na área de superfície da barreira capilar glomerular que fazem a intensidade da filtração glomerular muito mais alta do que a intensidade da filtração pelos capilares sistêmicos Características da Barreira da Filtração Glomerular As características físicas da parede capilar glomerular determinam tanto a velocidade de filtração glomerular quanto as características do filtrado glomerular Essas características determinam o que é filtrado e quanto é filtrado para o espaço de Bowman Camadas do Capilar Glomerular A Figura 69 mostra importantes características do capilar glomerular em aumento de 30000 vezes Começando do lúmen do capilar e movendo em direção ao espaço de Bowman as três camadas discutidas nas seções seguintes constituem a parede capilar glomerular FIGURA 69 Estrutura da parede do capilar glomerular Endotélio 471 A camada de células endoteliais tem poros de 70 a 100 nanômetros nm de diâmetro Como esses poros são relativamente grandes líquidos solutos dissolvidos e proteínas plasmáticas são todos filtrados por essa camada da barreira capilar glomerular Por sua vez os poros não são suficientemente grandes para que as células sanguíneas sejam filtradas Membrana basal A membrana basal apresenta três camadas A lâmina rara interna está aderida ao endotélio a lâmina densa se localiza no meio da membrana basal e a lâmina rara externa está aderida à camada de células epiteliais A membrana basal com essas múltiplas camadas não permite a filtração das proteínas plasmáticas e por isso representa a barreira mais significativa do capilar glomerular Epitélio A camada de células epiteliais consiste em células especializadas chamadas podócitos que ficam presos à membrana basal pelos processos pediculados pedicelos Entre os pedicelos adjacentes existem fendas de filtração de 25 a 60 nm de diâmetro que são fechadas por finos diafragmas Devido ao tamanho relativamente pequeno das fendas de filtração a camada epitelial além da membrana basal também é considerada importante barreira de filtração Carga Negativa da Barreira dos Capilares Glomerulares Além das barreiras à filtração impostas pelos vários poros e fendas outra característica da barreira glomerular é a presença de glicoproteínas com cargas negativas Essas cargas negativas fixas estão presentes no endotélio na lâmina rara interna e externa da membrana basal nos podócitos nos pedicelos e nas fendas de filtração do epitélio Uma consequência da existência dessas cargas negativas fixas é que elas representam componente eletrostático adicional à filtração Os solutos com cargas positivas são atraídos pelas cargas negativas da barreira e mais rapidamente filtrados os solutos com cargas negativas são repelidos pelas cargas negativas da barreira e filtrados mais lentamente Para pequenos solutos como o Na K Cl ou HCO3 o efeito das cargas sobre a filtração dos solutos não é importante Apesar de suas cargas os pequenos solutos são livremente filtrados pela barreira glomerular No entanto para solutos com grandes dimensões como as proteínas plasmáticas a carga afeta a filtração uma vez que os diâmetros moleculares desses maiores solutos são semelhantes aos diâmetros dos poros e das fendas Por exemplo no pH fisiológico as proteínas plasmáticas têm carga negativa efetiva e a sua filtração será impedida devido ao seu tamanho molecular e pelas cargas negativas alinhadas na barreira glomerular Em certas doenças glomerulares as cargas negativas da barreira são perdidas resultando em filtração aumentada de proteínas plasmáticas e proteinúria Como exemplo o efeito das cargas negativas sobre a filtração dos grandes solutos foi demonstrado em ratos pela medida da intensidade ou velocidade de filtração de 472 série de moléculas de dextrano de diversos tamanhos raios moleculares e com diferentes cargas Para dado raio molecular existe dextrano neutro dextrano com carga negativa aniônica e dextrano com carga positiva catiônica Para qualquer raio molecular os dextranos catiônicos são mais filtráveis os dextranos aniônicos são menos filtráveis e os dextranos neutros estão em situação intermediária Os cátions são atraídos pelas cargas negativas nos poros os ânions são repelidos e as moléculas neutras não são afetadas Forças de Starling através dos Capilares Glomerulares Como nos capilares sistêmicos as pressões que comandam o movimento dos líquidos através da parede capilar glomerular são as pressões de Starling ou forças de Starling Teoricamente existem quatro pressões de Starling duas pressões hidrostáticas uma no capilar sanguíneo e outra no líquido intersticial e duas pressões oncóticas uma no capilar sanguíneo e outra no líquido intersticial Quando essas pressões são aplicadas aos capilares glomerulares ocorre pequena modificação a pressão oncótica do espaço de Bowman que é análoga à do líquido intersticial é considerada nula uma vez que a filtração de proteínas é desprezível Equação de Starling O movimento de líquidos através da parede dos capilares glomerulares é a filtração glomerular Ela é impulsionada pelas forças de Starling atuantes através da parede com a suposição de que a pressão oncótica no espaço de Bowman seja nula sendo descrita pela equação de Starling onde TFG Taxa de filtração glomerular mLmin Kf Condutância hidráulica mLmin mmHg ou Coeficiente de filtração mLmin mmHg PCG Pressão hidrostática no capilar glomerular mmHg PEB Pressão hidrostática no espaço de Bowman mmHg πCG Pressão oncótica no capilar glomerular mmHg Cada um dos seguintes parâmetros da equação de Starling é descrito como aplicado aos capilares glomerulares Kf coeficiente de filtração é a permeabilidade à água ou condutância hidráulica da parede capilar glomerular Os dois fatores que contribuem para o Kf são a permeabilidade à água por unidade de área de superfície e a área total da 473 superfície O Kf para os capilares glomerulares é 100 vezes maior que o dos capilares sistêmicos p ex os capilares do músculo esquelético devido à combinação de maior área total da superfície com a elevada permeabilidade intrínseca à água A consequência desse Kf extremamente alto é que muito mais líquido é filtrado pelos capilares glomerulares do que por outros capilares ie a TFG é de 180 Ldia A PCG pressão hidrostática nos capilares glomerulares é a força que favorece a filtração Quando comparada à dos capilares sistêmicos a PCG é relativamente alta 45 mmHg Nos capilares sistêmicos a pressão hidrostática cai ao longo do comprimento do capilar nos capilares glomerulares ela permanece constante por toda sua extensão A PEB pressão hidrostática no espaço de Bowman é a força que se opõe à filtração A origem dessa pressão 10 mmHg é o líquido presente no lúmen do néfron A πCG pressão oncótica nos capilares glomerulares é outra força que se opõe à filtração A πCG é determinada pela concentração de proteínas no sangue do capilar glomerular A πCG não se mantém constante ao longo do comprimento do capilar ao contrário aumenta progressivamente à medida que o líquido vai sendo filtrado para fora do capilar A πCG finalmente aumenta até o ponto em que a pressão efetiva de ultrafiltração se torne zero cessando a filtração glomerular o que se chama equilíbrio da filtração Em outras palavras a intensidade ou velocidade da filtração glomerular é o produto de Kf pela pressão efetiva da ultrafiltração A pressão efetiva de ultrafiltração a força impulsora é a soma algébrica das três pressões de Starling omitindo a pressão oncótica no espaço de Bowman Para os capilares glomerulares a pressão de ultrafiltração sempre favorece a filtração e dessa forma o líquido sempre se move para fora dos capilares Quanto maior a pressão maior a filtração glomerular A Figura 610 é a representação ilustrativa das três pressões de Starling cada uma delas representada por uma seta O sentido da seta indica se a pressão favorece a filtração ou a absorção capilar O tamanho da seta indica a magnitude relativa da pressão O valor numérico da pressão em mmHg tem sinal positivo se a pressão favorece a filtração e sinal negativo se a pressão favorece a absorção A pressão de ultrafiltração efetiva a força impulsora é a soma algébrica das três pressões 474 FIGURA 610 Forças de Starling através dos capilares glomerulares A Filtração efetiva B Equilíbrio de filtração As setas mostram a direção das pressões de Starling os números são as amplitudes das pressões mmHg sinais mostram as pressões que favorecem a filtração sinais mostram as pressões que se opõem à filtração PCG Pressão hidrostática no capilar glomerular PEB pressão hidrostática no espaço de Bowman πCG pressão oncótica no capilar glomerular A Figura 610A mostra o perfil das pressões de Starling no início do capilar glomerular No início do capilar glomerular o sangue está chegando da arteríola aferente e ainda não ocorreu qualquer filtração O somatório das três pressões de Starling ou a pressão efetiva de ultrafiltração é 16 mmHg assim a pressão de ultrafiltração favorece de forma intensa a filtração A Figura 610B mostra as três pressões de Starling no final do capilar glomerular 475 Nesse ponto o sangue foi extensamente filtrado e está prestes a deixar o capilar glomerular para entrar na arteríola eferente O somatório das três pressões de Starling agora é zero Como a ultrafiltração efetiva é nula não pode ocorrer mais filtração e esse ponto é chamado de equilíbrio de filtração Coincidentemente o equilíbrio de filtração ocorre no fim do capilar glomerular Questão importante é perguntar Por que ocorre o equilíbrio de filtração Enunciado de forma diferente Que alterações da pressão de Starling devem ter ocorrido para que a pressão efetiva de ultrafiltração viesse a ser nula Para responder essa questão compare as pressões de Starling no início do capilar glomerular com as do final dos capilares A única pressão que se modifica é a πCG a pressão oncótica do sangue capilar glomerular À medida que o líquido é filtrado para fora do capilar glomerular a proteína é deixada para trás e a concentração de proteínas e a πCG aumentam Até o final do capilar glomerular a πCG terá aumentado até o ponto em que a pressão de ultrafiltração passa a ser nula Um ponto correlato é que esse sangue que deixa os capilares glomerulares se tornará sangue capilar peritubular Assim o sangue capilar peritubular terá alta pressão oncótica πC que se transforma em força impulsora para a reabsorção no túbulo proximal do néfron Não ocorre redução da PCG ao longo de todo o comprimento dos capilares glomerulares como ocorre nos capilares sistêmicos A diferença para os capilares glomerulares é a presença do segundo grupo de arteríolas as eferentes A constrição das arteríolas eferentes impede a queda de PCG que de outra forma ocorreria à medida que o líquido fosse sendo filtrado ao longo dos capilares glomerulares Alterações nas Pressões de Starling A TFG depende da pressão efetiva de ultrafiltração que por sua vez depende do somatório das pressões de Starling através da parede do capilar glomerular É importante ficar claro portanto que mudanças da TFG podem ser promovidas por alterações em qualquer uma das pressões de Starling Tabela 66 Tabela 66 Efeito das Alterações nas Forças de Starling sobre o Fluxo Plasmático Renal a Intensidade da Filtração Glomerular e a Fração de Filtração Efeito FPR TFG Fração de Filtração TFGFPR Constrição da arteríola aferente NA Constrição da arteríola eferente Aumento da concentração plasmática de proteína NA Diminuição da concentração plasmática de proteína NA Constrição do ureter NA TFG Taxa de filtração glomerular NA nenhuma alteração FPR fluxo plasmático renal Alterações na PCG são produzidas por mudanças nas resistências das arteríolas 476 aferentes e eferentes Por motivos que serão esclarecidos mudanças na TFG ocorrerão em sentidos opostos dependendo da arteríola que for afetada O mecanismo por trás desse fenômeno é mostrado na Figura 611 FIGURA 611 Efeitos da constrição das arteríolas aferentes A e eferentes B sobre o fluxo plasmático renal FPR e a taxa de filtração glomerular TFG PCG Pressão hidrostática do capilar glomerular A Figura 611A mostra a constrição da arteríola aferente na qual a resistência arteriolar aferente aumenta Como esperado para qualquer constrição arteriolar o FPR diminui A TFG também é reduzida pois com a diminuição do fluxo sanguíneo pelo capilar glomerular a PCG é reduzida diminuindo a pressão efetiva 477 de ultrafiltração Exemplos incluem os efeitos do sistema nervoso simpático e dos altos níveis de angiotensina II A Figura 611B mostra a constrição da arteríola eferente na qual a resistência arteriolar eferente aumenta O efeito da constrição arteriolar sobre o FPR é o mesmo que a constrição da arteríola aferente redução embora o efeito sobre a TFG seja oposto aumento A TFG aumenta pois o sangue é impedido de deixar o capilar glomerular promovendo aumento da PCG e da pressão efetiva de ultrafiltração Exemplo é o efeito dos baixos níveis de angiotensina II Os efeitos da angiotensina II sobre o FPR e a TFG têm importantes implicações A angiotensina II contra tanto as arteríolas aferentes quanto as eferentes porém contrai preferencialmente as arteríolas eferentes Assim baixos níveis de angiotensina II têm alto efeito constritor sobre as arteríolas eferentes e pouco efeito constritor sobre as arteríolas aferentes produzindo redução do FPR e aumento da TFG Altos níveis de angiotensina II como visto em resposta à hemorragia têm efeito constritor pronunciado nas arteríolas eferentes e efeito constritor médio sobre as arteríolas aferentes produzindo redução do FPR e leve redução da TFG Dessa maneira tanto em situações de baixos níveis quanto de altos níveis de angiotensina II devido à sua ação preferencial sobre as arteríolas eferentes a TFG é protegida ou preservada em situações de vasoconstrição Inibidores da enzima conversora de angiotensina ECA bloqueiam a produção de angiotensina II e contrabalançam ou eliminam seu efeito protetor sobre a TFG Alterações na πCG são produzidas por variações da concentração plasmática de proteínas Assim o aumento da concentração plasmática de proteínas promove aumento na πCG o que reduz a intensidade efetiva da ultrafiltração e a TFG Por outro lado a redução da concentração plasmática de proteínas p ex síndrome nefrítica na qual grandes quantidades de proteínas são perdidas na urina produz redução da πCG o que aumenta tanto a pressão efetiva de ultrafiltração quanto a TFG Alterações na PEB podem ser produzidas pela obstrução do fluxo urinário p ex pedra no ureter ou constrição do ureter Por exemplo se o ureter tiver constrição a urina não poderá fluir por ele para a bexiga causando refluxo da urina de volta ao rim Consequentemente a pressão hidrostática nos néfrons aumentará até atingir o espaço de Bowman provocando aumento da PEB O aumento da PEB diminuirá a pressão efetiva de ultrafiltração reduzindo a TFG Determinação da Taxa de Filtração Glomerular A TFG é determinada pela depuração de um marcador glomerular O marcador glomerular tem as seguintes três características 1 Ele deve ser livremente filtrado pelos capilares glomerulares sem restrições de tamanho ou carga 2 ele não pode ser reabsorvido ou secretado pelo túbulo renal e 3 quando infundido ele não pode alterar a TFG Assim as propriedades do marcador glomerular ideal diferem da substância marcadora usada para se determinar o FPR ie PAH 478 Depuração da Inulina O marcador glomerular ideal é a inulina polímero da frutose com peso molecular aproximado de 5000 dáltons A inulina não é ligada às proteínas plasmáticas nem tem carga e sua massa molecular faz com que seja filtrada livremente através da parede do capilar glomerular Uma vez filtrada a inulina é completamente inerte no túbulo renal ela não é nem reabsorvida nem secretada pelas células do túbulo renal Desse modo a quantidade de inulina filtrada pelos capilares glomerulares é exatamente igual à quantidade de inulina que é excretada na urina A depuração da inulina é igual à TFG como descrito na seguinte equação onde TFG Taxa de filtração glomerular mLmin Uinulina Concentração de inulina na urina mgmL Pinulina Concentração plasmática de inulina mgmL Velocidade ou intensidade do fluxo urinário mLmin Dinulina Depuração de inulina mLmin Vários pontos adicionais sobre o uso da inulina para determinação da TFG devem ser levados em conta 1 A inulina não é substância endógena e portanto deve ser infundida por via intravenosa 2 O numerador da fração Uinulina é igual à intensidade da excreção de inulina 3 Alterações na concentração de inulina plasmática não alteram a TFG embora a análise da equação possa conduzir à conclusão oposta Por exemplo o aumento da concentração plasmática de inulina pela infusão de mais inulina não diminui a TFG devido à seguinte lógica quando a concentração plasmática de inulina aumenta a quantidade de inulina filtrada também aumenta o que aumenta a quantidade de inulina excretada ie Uinulina Assim tanto o numerador quanto o denominador aumentarão proporcionalmente e não afetarão o valor da TFG calculada 4 A TFG ou a depuração da inulina também não será afetada por variações da intensidade do fluxo urinário embora a análise da equação possa novamente conduzir à conclusão oposta Quando a intensidade do fluxo urinário aumenta a concentração de inulina na urina Uinulina diminui proporcionalmente devido à diluição Desse modo o numerador Uinulina e o valor da TFG calculada não serão afetados por essa variação na intensidade do fluxo urinário como ilustrado no seguinte exemplo de problema Exemplo de problema 479 Mulher que consente em fazer estudos renais no Centro de Pesquisas Clínicas recebe infusão de inulina para se determinar sua TFG No curso dessa medida seu fluxo urinário é intencionalmente alterado pela promoção da ingestão de grande quantidade de água A Pinulina é mantida constante em 1 mgmL por meio da infusão Os valores do fluxo urinário e da Uinulina antes e após a ingestão de água são os seguintes Antes da ingestão de água Depois da ingestão de água Uinulina 100 mgmL Uinulina 20 mgmL Qual o efeito do aumento do fluxo urinário produzido pela ingestão de água sobre a TFG dessa mulher Solução Calcular a TFG a partir da depuração da inulina antes e após a ingestão de água Embora o fluxo urinário tenha ficado acentuadamente diferente nas duas condições a TFG permaneceu constante Enquanto o fluxo urinário aumentou de 1 mLmin para 5 mLmin a Uinulina diminuiu por diluição de 100 mgmL para 20 mgmL alteração proporcional Outros Marcadores de Taxa de Filtração Glomerular A inulina é o único marcador glomerular perfeito nenhum outro marcador é perfeito 480 A substância que mais se aproxima é a creatinina que é livremente filtrada pelos capilares glomerulares mas também secretada em pequenas quantidades Assim a depuração da creatinina superestima ligeiramente a TFG A conveniência de usar a creatinina no entanto supera esse pequeno erro a creatinina é substância endógena a inulina não é e ela não necessita ser infundida a fim de se determinar a TFG Tanto o nitrogênio ureico sanguíneo BUN quanto a concentração sérica de creatinina podem ser utilizados para estimar a TFG pois a ureia e a creatinina são filtradas pelos capilares glomerulares Por isso cada substância depende da etapa de filtração para que seja excretada na urina Quando ocorre a diminuição da TFG p ex na insuficiência renal a BUN e a creatinina sérica aumentam porque não são adequadamente filtradas A contração de volume hipovolemia resulta em redução da perfusão renal e como consequência diminuição da TFG azotemia prérenal Na azotemia pré renal o BUN e a creatinina sérica estão aumentados em função da redução da TFG No entanto como a ureia é reabsorvida e a creatinina não o BUN aumenta mais do que a creatinina sérica na contração de volume ocorre aumento da reabsorção proximal de todos os solutos inclusive da ureia que é responsável pelo maior aumento da ureia no sangue Indicador portanto da contração de volume azotemia prérenal é o aumento da proporção BUNcreatinina para valores acima de 20 Por outro lado a insuficiência renal devido a causas renais p ex insuficiência renal crônica produz aumento de ureia e de creatinina no sangue mas não produz aumento da proporção entre ureia e creatinina no sangue Fração de Filtração A fração de filtração expressa a relação entre a taxa de filtração glomerular TFG e o fluxo plasmático renal FPR A fração da filtração é dada pela seguinte equação Em outras palavras a fração de filtração é a fração do FPR que é filtrada pelos capilares glomerulares O valor da fração de filtração normalmente é de cerca de 020 ou 20 Ou seja 20 do FPR são filtrados e 80 não são filtrados Os 80 do FPR que não são filtrados deixam os capilares glomerulares pelas arteríolas eferentes e passam a ser o fluxo sanguíneo capilar peritubular Como exercício pense sobre os efeitos das variações da fração de filtração sobre a concentração das proteínas e a pressão oncótica πC do sangue capilar peritubular Se a fração de filtração aumentasse Tabela 66 relativamente mais líquido seria filtrado para fora do sangue capilar glomerular resultando em aumento maior do que o usual da concentração das proteínas do sangue capilar Assim aumentos da fração de 481 filtração produzem aumentos da concentração das proteínas e da πC do sangue capilar peritubular que tem consequências para o mecanismo de reabsorção no túbulo proximal discutida adiante neste capítulo Reabsorção e secreção A filtração glomerular resulta na produção de grandes quantidades 180 Ldia de ultrafiltrado do plasma Se esse ultrafiltrado fosse excretado sem modificações as seguintes quantidades seriam perdidas na urina a cada dia 180 L de água 25200 mEq de Na 19800 mEq de Cl 4320 mEq de HCO3 e 14400 mg de glicose Cada uma dessas perdas representa mais de 10 vezes a quantidade presente em todo o LEC Felizmente o mecanismo de reabsorção das células epiteliais que revestem o túbulo renal faz com que essas substâncias retornem à circulação e ao LEC Além disso os mecanismos de secreção das células epiteliais removem certas substâncias do sangue capilar peritubular e as adicionam à urina Determinação da Reabsorção e Secreção Os processos de filtração reabsorção e secreção estão ilustrados na Figura 612 Um capilar glomerular é mostrado com suas arteríolas aferentes e eferentes Também é mostrada a parte inicial do néfron espaço de Bowman e o início do túbulo convoluto proximal revestida com células epiteliais Adjacente ao néfron está representado um capilar peritubular que emerge da arteríola eferente e faz o suprimento de sangue para o néfron 482 FIGURA 612 Processos de filtração reabsorção e secreção no néfron O somatório dos três processos é a excreção Filtração Um líquido de tipo intersticial é filtrado pelos capilares glomerulares para o espaço de Bowman A quantidade de substância filtrada para o espaço de Bowman por unidade de tempo é chamada de carga filtrada O líquido no espaço de Bowman e na luz do néfron é chamado de líquido tubular ou líquido luminal Reabsorção Água e muitos solutos p ex Na Cl HCO3 glicose aminoácidos ureia Ca2 Mg2 fosfato lactato e citrato são reabsorvidos do ultrafiltrado glomerular para o sangue capilar peritubular Os mecanismos de reabsorção envolvem o transporte através das membranas das células epiteliais renais Como enfatizado se não ocorresse a reabsorção muitos desses constituintes do LEC seriam rapidamente perdidos na urina Secreção Poucas substâncias p ex ácidos orgânicos bases orgânicas K são secretadas do sangue capilar peritubular para o líquido tubular Assim além da filtração a secreção fornece mecanismo para excretar substâncias na urina Como ocorre na reabsorção os mecanismos de secreção envolvem transportadores nas membranas das células epiteliais que revestem o néfron Excreção A excreção ou a taxa de excreção referese à quantidade de substância excretada por unidade de tempo A excreção é o resultado ou somatório dos processos de filtração reabsorção e secreção A taxa de excreção pode ser comparada à carga filtrada para determinar se a substância foi reabsorvida ou secretada As seguintes equações são usadas para calcular a carga filtrada a taxa de excreção e 483 as intensidades da absorção e da secreção Em palavras a diferença entre a carga filtrada e a taxa de excreção é a taxa da reabsorção ou da secreção efetiva Se a carga filtrada for maior que a intensidade da secreção ocorre reabsorção efetiva da substância Se a carga filtrada for menor que a intensidade da excreção ocorre secreção efetiva da substância Esse tipo de cálculo é mostrado na Figura 613 são dados exemplos de substância que é reabsorvida e de outra substância que é secretada 484 FIGURA 613 Exemplos de substâncias que são reabsorvidas ou secretadas A Exemplo da reabsorção efetiva de Na O Na é filtrado e reabsorvido pelas células epiteliais renais a excreção de Na é a diferença entre a carga filtrada e a intensidade da reabsorção B Exemplo da secreção efetiva de PAH ácido para aminohipúrico O PAH é filtrado e secretado pelas células epiteliais renais a excreção de PAH é o somatório da carga filtrada e da intensidade de secreção Os cálculos são mostrados para a carga filtrada as intensidades da reabsorção e da secreção e a intensidade de excreção mEqdia TFG Taxa de filtração glomerular PNa concentração plasmática de Na PPAH concentração plasmática de PAH UNa concentração de Na na urina UPAH concentração de PAH na urina A Figura 613A ilustra como o rim processa o Na soluto que é livremente filtrado e subsequentemente reabsorvido Nesse exemplo a carga filtrada do Na é de 25200 485 mEqdia TFG PNa e a taxa de excreção do Na é de 100 mEqdia UNa Como a carga filtrada do Na é maior que a taxa de excreção deve ter ocorrido reabsorção efetiva do Na O rim reabsorve 25100 mEqdia que são 994 de carga filtrada 25100 mEq25200 mEq A Figura 613B ilustra como o rim processa o PAH soluto que é filtrado e subsequentemente secretado Nesse exemplo a carga filtrada de PAH é de 18 gdia TFG PPAH e a taxa de excreção do PAH é de 54 gdia UPAH Como a carga filtrada do PAH é menor que a taxa de excreção deve ter ocorrido secreção efetiva de PAH elevandose a 36 gdia taxa de excreção carga filtrada Nesse exemplo a taxa de secreção de PAH é duas vezes maior que a carga filtrada original Glicose Exemplo de Reabsorção A glicose é filtrada nos capilares glomerulares e reabsorvida pelas células epiteliais do túbulo convoluto proximal A reabsorção da glicose é processo em duas etapas envolvendo o cotransporte do Naglicose através da superfície luminal do epitélio e o transporte facilitado de glicose pela membrana peritubular Como existe número limitado de transportadores de glicose o mecanismo é saturável ou seja ele tem um transporte máximo ou Tm Mecanismo Celular de Reabsorção de Glicose A Figura 614 mostra o mecanismo celular de reabsorção de glicose na porção inicial do túbulo proximal A membrana luminal das células epiteliais entra em contato com o líquido tubular lúmen e contém o cotransportador Naglicose A membrana peritubular ou membrana basolateral dessas células está em contato com o sangue capilar peritubular e contém o NaK ATPase e o transportador de difusão facilitada de glicose As seguintes etapas estão envolvidas na reabsorção da glicose do líquido tubular para o sangue capilar peritubular 486 FIGURA 614 Mecanismo celular de reabsorção da glicose pelo trecho inicial do túbulo proximal 1 A glicose se desloca do líquido tubular para o interior da célula epitelial por meio do cotransportador Naglicose chamado TSG situado na superfície luminal do epitélio Dois íons Na e uma glicose se ligam à proteína cotransportadora a proteína gira na membrana e o Na e a glicose são liberados no LIC Nessa etapa a glicose é transportada contra um gradiente eletroquímico a energia para esse transporte de glicose contra seu gradiente vem do movimento de Na a favor de seu gradiente eletroquímico 2 O gradiente de Na é mantido pela NaK ATPase da membrana peritubular Como o ATP é usado diretamente para fornecer energia à NaK ATPase e indiretamente para manter o gradiente do Na o cotransporte de Naglicose é chamado de transporte ativo secundário 3 A glicose é transportada da célula para o sangue capilar peritubular por difusão facilitada Nessa etapa a glicose se move a favor de seu gradiente eletroquímico e nenhuma energia é necessária As proteínas envolvidas na difusão facilitada da glicose são chamadas de GLUT1 e GLUT2 e pertencem à grande família de transportadores de glicose Curva de Titulação de Glicose e Tm A curva de titulação da glicose demonstra a relação entre a concentração plasmática de glicose e a reabsorção de glicose Fig 615 Para comparação a carga filtrada de glicose e a intensidade da excreção da glicose são mostradas no mesmo gráfico A curva de titulação de glicose é obtida experimentalmente pela infusão de glicose e determinação da intensidade de reabsorção à medida que sua concentração plasmática é aumentada A curva de titulação de glicose é mais bem compreendida examinandose cada relação separadamente e depois considerandose as três relações em conjunto 487 FIGURA 615 Curva de titulação da glicose A filtração reabsorção e excreção de glicose são mostradas em função da concentração plasmática de glicose Áreas hachuradas são as regiões de desvio da linearidade Tm Máximo transporte tubular Carga Filtrada A glicose é livremente filtrada pelos capilares glomerulares e a carga filtrada é o produto da TFG pela concentração de glicose no plasma carga filtrada TFG Px Assim se a concentração de glicose no plasma aumenta a carga filtrada aumenta linearmente Reabsorção Nas concentrações plasmáticas de glicose menores que 200 mgdL toda a glicose filtrada pode ser reabsorvida porque os cotransportadores Na glicose são abundantes Nessa faixa a curva de reabsorção é idêntica à da filtração ou seja a reabsorção é igual à filtração Contudo o número de transportadores é limitado Nas concentrações plasmáticas acima de 200 mgdL a curva de reabsorção se inclina porque parte da glicose filtrada não é reabsorvida Nas concentrações plasmáticas acima de 350 mgdL os transportadores estão completamente saturados e os níveis de reabsorção atingem seu valor máximo Tm Excreção Para entender a curva de excreção compare as curvas de filtração e de reabsorção Com concentrações plasmáticas de glicose abaixo de 200 mgdL toda glicose filtrada é reabsorvida e nenhuma é excretada Com concentrações plasmáticas de glicose acima de 200 mgdL os transportadores estão próximos do ponto de saturação A maior parte da glicose filtrada é reabsorvida mas pequena parte não é reabsorvida e é excretada A concentração plasmática na qual a glicose começa a ser excretada na urina é chamada de limiar que ocorre com concentração 488 do plasma mais baixa do que o Tm Acima de 350 mgdL é atingido o Tm e os transportadores estão completamente saturados A curva para excreção agora aumenta linearmente como uma função da concentração plasmática de glicose paralela à curva de filtração O Tm da glicose é atingido de forma gradual e não abruptamente Fig 615 fenômeno conhecido como desvio da linearidade splay representado pelo trecho da curva de titulação onde a reabsorção se aproxima da saturação mas ainda não está completamente saturada Devido a esse desvio de linearidade a glicose é excretada na urina ie no limiar antes que o nível de reabsorção atinja o valor de Tm Existem duas explicações para o desvio de linearidade A primeira explicação é baseada na baixa afinidade do cotransportador Naglicose Dessa forma próximo ao Tm se a glicose se desliga de seu transportador ela será excretada na urina porque existem poucos lugares remanescentes nos quais ela possa se religar A segunda explicação para o desvio de linearidade é baseada na heterogeneidade dos néfrons O Tm para todo o rim reflete a média do Tm de todos os néfrons ainda que todos os néfrons não tenham exatamente os mesmos Tm Alguns néfrons atingirão o Tm em concentrações plasmáticas menores do que outros e a glicose será excretada na urina antes de ser atingido o Tm médio Glicosúria Em concentrações normais de glicose plasmática 70 a 100 mgdL toda glicose filtrada é reabsorvida e nenhuma é excretada Em algumas circunstâncias entretanto pode ocorrer glicosúria excreção ou presença de traços de glicose na urina As causas da glicosúria podem ser compreendidas considerandose novamente a curva de titulação de glicose 1 No diabetes mellitus não controlado a falta de insulina provoca aumento da concentração plasmática de glicose em níveis anormalmente altos Nessa condição a carga de glicose filtrada excede a capacidade absortiva ie concentração plasmática de glicose acima do Tm e a glicose é excretada na urina 2 Durante a gravidez a TFG está aumentada o que aumenta a carga filtrada de glicose a ponto de poder exceder a capacidade de absorção 3 Várias anormalidades congênitas do cotransportador Naglicose estão associadas à diminuição do Tm promovendo a excreção de glicose na urina mesmo em condições onde os níveis de glicose são mais baixos do que os níveis plasmáticos normais Quadro 61 Quadro 61 F isiologia C línica G licosúria Descrição do caso Mulher vai a seu médico pois apresenta excesso de sede e excesso de micção Na semana anterior ela havia urinado de hora em hora ao longo dos dias e de quatro a cinco vezes durante a noite Seu médico testou sua urina usando uma fita e detectou glicose Ela foi orientada a fazer jejum durante a noite e retornar pela 489 manhã para teste de tolerância à glicose Após ingerir solução de glicose sua concentração de glicose no sangue aumentou de 200 para 800 mgdL Sua urina foi coletada a intervalos de tempo ao longo do teste para se medir o volume urinário e a concentração de glicose Sua taxa de filtração glomerular TFG foi estimada em 120 mLmin pela depuração de creatinina endógena Quando a intensidade da reabsorção de glicose foi calculada carga filtrada de glicose taxa de excreção de glicose ela se mostrou constante no valor de 375 mgmin O médico conclui que a causa da glicosúria dessa mulher é o diabetes mellitus tipo I em vez de problema nos mecanismos renais de transporte de glicose Explicação do caso Existem duas possibilidades para explicar a glicosúria da paciente 1 defeito no mecanismo renal de transporte de glicose ou 2 carga filtrada de glicose aumentada que excede a capacidade absortiva do túbulo proximal Para se determinar qual explicação é a correta calculase a intensidade da reabsorção máxima de glicose Tm pela medida da intensidade da reabsorção em função de concentrações crescentes de glicose O valor de Tm de 375 mgmL foi encontrado o que é considerado normal Assim o médico conclui que a causa da glicosúria da paciente é a concentração anormalmente elevada de glicose devido à insuficiência da secreção de insulina pelo pâncreas Se a glicosúria tivesse sido causada por defeito renal a Tm seria mais baixa do que o normal Micção excessiva é causada pela presença de glicose não reabsorvida no líquido tubular A glicose age como diurético osmótico retém água e aumenta a produção de urina A sede excessiva dessa mulher é parcialmente explicada pela produção excessiva de urina Além disso a alta concentração de glicose sanguínea aumenta a osmolaridade do sangue e estimula o centro da sede Tratamento A mulher é tratada com injeções regulares de insulina Ureia Exemplo de Reabsorção Passiva A ureia é transportada na maior parte dos segmentos do néfron Fig 616 Ao contrário da glicose que é reabsorvida por mecanismos carreadores a ureia é reabsorvida ou secretada por difusão difusão simples e difusão facilitada A taxa de reabsorção ou da secreção é determinada pela diferença da concentração de ureia entre o líquido tubular e o sangue bem como pela permeabilidade das células epiteliais à ureia Quando existe grande diferença de concentração e a permeabilidade é alta a reabsorção de ureia é alta quando a diferença de concentração é pequena eou a permeabilidade é baixa a reabsorção de ureia é baixa 490 FIGURA 616 Processamento da ureia no néfron As setas mostram os locais de reabsorção ou de secreção de ureia números são porcentagens da carga filtrada remanescente em vários pontos ao longo do néfron UT1 Transportador de ureia 1 ADH hormônio antidiurético A ureia é livremente filtrada pelos capilares glomerulares e a concentração no filtrado inicial é idêntica à no sangue ie inicialmente não existe diferença de concentração ou força impulsora para a reabsorção de ureia Entretanto à medida que a água é reabsorvida ao longo do néfron a concentração de ureia no líquido tubular aumenta criando a força impulsora para a reabsorção passiva de ureia Portanto a reabsorção de ureia segue geralmente o mesmo padrão da reabsorção da água quanto maior a reabsorção de água maior a reabsorção de ureia e menor a excreção de ureia No túbulo proximal 50 da ureia filtrada são reabsorvidos por difusão simples Como a água é reabsorvida no túbulo proximal e a ureia nem tanto isso causa um leve aumento da concentração de ureia no lúmen tubular em relação à ureia no sangue essa diferença de concentração então promove a reabsorção passiva de ureia No final do túbulo proximal 50 da ureia filtrada foram reabsorvidos permanecendo assim 491 ainda 50 no lúmen No segmento descendente fino da alça de Henle a ureia é secretada Por mecanismos que serão apresentados adiante existe alta concentração de ureia no líquido intersticial da zona interna da medula O segmento descendente fino da alça de Henle atravessa a zona interna e a ureia se difunde do líquido intersticial onde está em maior concentração para o lúmen do néfron Quantidade maior de ureia é secretada nos segmentos descendentes finos do que foi reabsorvida no túbulo proximal assim na curva da alça de Henle 110 da carga filtrada de ureia estão presentes O segmento ascendente espesso da alça de Henle túbulo distal e ductos coletores corticais e da zona externa medular são impermeáveis à ureia de modo que nenhum transporte de ureia ocorre nesses segmentos No entanto em presença do hormônio antidiurético ADH a água é reabsorvida no final do túbulo distal e nos ductos coletores corticais e da zona externa medular consequentemente nesses segmentos a ureia é deixada para trás e sua concentração no líquido tubular atinge altos níveis Nos ductos coletores da zona interna medular existem transportadores específicos para a difusão facilitada da ureia transportador de ureia 1 UT1 que são ativados pelo ADH Dessa maneira em presença de ADH a ureia é reabsorvida pelo UT1 a favor de seu gradiente de concentração do lúmen para o líquido intersticial da zona interna da medula Na presença de ADH aproximadamente 70 da ureia filtrada é reabsorvida pelo UT1 deixando 40 da ureia filtrada para ser excretada na urina A ureia que é reabsorvida para a zona interna contribui para o gradiente osmótico corticopapilar no processo chamado reciclagem da ureia que será discutido nas próximas seções 492 Ácido ParaAminoHipúrico Exemplo de Secreção O PAH foi introduzido como substância utilizada para se determinar o FPR O PAH é um ácido orgânico que é filtrado pelos capilares glomerulares e secretado a partir do sangue capilar peritubular para o líquido tubular Como ocorre com a glicose a filtração a secreção e a excreção do PAH podem ser representadas simultaneamente Fig 617 Para o PAH é representada a secreção em vez da reabsorção FIGURA 617 Curva de titulação do PAH A filtração secreção e excreção de PAH ácido paraaminohipúrico são mostradas em função da concentração plasmática de PAH Tm Transporte máximo tubular Carga filtrada Noventa por cento do PAH sanguíneo estão ligados às proteínas plasmáticas e somente a porção não ligada livre é filtrável pelos capilares glomerulares A carga filtrada do PAH aumenta linearmente à medida que a concentração da fração não ligada do PAH também aumenta carga filtrada TFG Px Secreção Os transportadores de PAH e outros ânions orgânicos estão localizados nas membranas peritubulares das células do túbulo proximal Esses carreadores têm capacidade finita de se ligar e transportar PAH através da célula do sangue 493 para o lúmen Em baixas concentrações de PAH muitos transportadores estão acessíveis e a secreção aumenta linearmente com o aumento de sua concentração plasmática Quando a concentração de PAH aumenta até o nível em que os transportadores estão saturados o Tm é alcançado Após esse ponto não importa quanto a concentração de PAH aumente não ocorrerá mais qualquer aumento da taxa de secreção O transportador de PAH é também responsável pela secreção de fármacos como a penicilina e é inibido pela probenecida Incidentalmente assim como ocorre a secreção de ácidos orgânicos como o PAH existem mecanismos secretores paralelos para bases orgânicas p ex quinina morfina no túbulo proximal Esses mecanismos secretores para ácidos e bases orgânicos são relevantes para a discussão da difusão não iônica que virá a seguir Excreção Para uma substância secretada como o PAH a excreção é o somatório da filtração e da secreção Em baixas concentrações de PAH abaixo do Tm a excreção aumenta acentuadamente com o aumento da concentração plasmática de PAH porque tanto a filtração quanto a secreção estão aumentadas Em concentrações de PAH acima do Tm a excreção aumenta de forma menos abrupta e paralelamente à curva de filtração porque apenas o componente de filtração aumenta com o aumento da concentração a secreção já está saturada Ácidos Fracos e Bases Fracas Difusão não Iônica Muitas das substâncias secretadas pelo túbulo proximal são ácidos fracos p ex PAH ácido salicílico ou bases fracas p ex quinina morfina Os ácidos fracos e as bases fracas existem em duas formas com carga e sem carga e a quantidade relativa de cada forma depende do pH Cap 7 Os ácidos fracos existem sob a forma ácida HA e na forma de base conjugada A Em baixo pH a forma HA que não tem carga predomina Em alto pH a forma A que tem carga predomina Para as bases fracas a forma básica é B e seu ácido conjugado é BH Em baixo pH a forma BH que tem carga predomina Em alto pH a forma B que não tem carga predomina Com respeito à excreção renal de ácidos fracos e bases fracas os pontos relevantes são 1 as quantidades relativas das espécies com cargas e sem cargas dependem do pH urinário e 2 somente as espécies sem carga ie não iônicas podem se difundir através das células Para ilustrar o papel da difusão não iônica na excreção renal de ácidos fracos e de bases fracas considere a excreção de ácido fraco o ácido salicílico HA e de sua base conjugada salicilato A No restante da discussão ambas as formas serão referidas como salicilato Como o PAH o salicilato é filtrado pelos capilares glomerulares e secretado por mecanismo secretor de ácidos orgânicos no túbulo proximal Em decorrência desses dois processos a concentração urinária de salicilato é muito mais alta que sua concentração no sangue estabelecendose gradiente de concentração através das células Na urina o salicilato existe nas formas HA e A A forma HA não tendo carga pode se difundir através das células da urina para o sangue ao longo de seu gradiente de concentração a forma A tendo carga não consegue se difundir No pH ácido da urina predomina HA ocorrendo mais difusão retrógrada da urina para o sangue e diminuindo a excreção e a depuração de salicilato No pH urinário 494 alcalino predomina A ocorre menos difusão retrógrada da urina para o sangue e aumenta a excreção e a depuração de salicilato Essa relação é ilustrada na Figura 6 18 que mostra que a depuração de ácido fraco é maior em pH alcalino da urina e menor em pH ácido da urina O princípio da difusão não iônica é a base para tratar a superdosagem de aspirina salicilato por meio da alcalinização da urina em pH urinário alcalino relativamente mais salicilato está na forma A que não se difunde de volta para o sangue sendo excretado na urina FIGURA 618 Difusão não iônica Depuração de ácido fraco ou de base fraca em função do pH da urina D Depuração de ácidos ou bases fracos TFG taxa de filtração glomerular O efeito da difusão não iônica sobre a excreção das bases fracas é a imagem especular de seu efeito sobre os ácidos fracos Fig 618 A base fraca é filtrada e secretada o que resulta em concentração mais alta na urina que a concentração no sangue Na urina a base fraca existe nas formas BH e B A forma B não tendo carga pode difundirse através das células da urina para o sangue no sentido de seu gradiente de concentração a forma BH tendo carga não consegue se difundir No pH urinário alcalino predomina B ocorre mais difusão retrógrada da urina para o sangue e diminui a excreção e a depuração da base fraca No pH urinário ácido predomina BH ocorre menos difusão retrógrada da urina para o sangue e aumenta a excreção e a depuração da base fraca Terminologia associada ao néfron isolado O restante deste capítulo diz respeito ao processamento renal de substâncias 495 específicas tais como o Na Cl HCO3 K e H2O Certo grau de entendimento pode ser obtido a nível da função global do rim Por exemplo o Na é filtrado pelos capilares glomerulares quase inteiramente reabsorvido e apenas pequena fração da carga filtrada é excretada No entanto Quais são os detalhes do processo de reabsorção O Naé reabsorvido ao longo de todo o néfron ou apenas em alguns segmentos e que mecanismos de transporte celular estão envolvidos Para responder a essas questões mais sofisticadas algumas técnicas foram desenvolvidas para estudar a função do néfron isolado Na técnica de micropunção amostras de líquidos são obtidas diretamente de néfrons individuais e analisadas Na técnica dos néfrons isolados e perfundidos segmentos de néfrons são removidos do rim e perfundidos com soluções artificiais in vitro Na técnica da membrana isolada vesículas são preparadas das membranas luminal ou basolateral das células epiteliais renais para estudar suas propriedades bioquímicas e de transporte Os termos associados ao funcionamento do néfron isolado são análogos aos usados para descrever toda a função renal Por exemplo U representa urina em toda terminologia renal e o termo paralelo empregado para néfron simples LT representa o líquido tubular TFG representa a taxa de filtração glomerular global renal e FNI é a intensidade de filtração de um néfron isolado Um resumo de termos abreviações e significados é apresentado na Tabela 63 Proporção LTPx A proporção LTPx compara a concentração de uma substância no líquido tubular LT com a sua concentração plasmática P sistêmica Usando a técnica de micropunção a relação LTPx pode ser determinada em vários pontos ao longo do néfron começando no espaço de Bowman As concentrações plasmáticas são admitidas como constantes assim qualquer alteração do LTPx refletirá as alterações da concentração do líquido tubular Para entender como a relação LTPx é aplicada considere exemplo simples Suponha que a relação LTPNa foi determinada no espaço de Bowman como sendo 10 O valor 10 significa que a concentração de Na do líquido tubular é igual à concentração de Na no plasma Esse valor faz perfeito sentido com base no conhecimento da filtração glomerular o Na é livremente filtrado pelos capilares glomerulares para o espaço de Bowman e a concentração de Na no filtrado deve ser idêntica à concentração do plasma com pequena correção de GibbsDonnan Nenhuma reabsorção ou secreção ocorreu A generalização que pode ser feita é que para qualquer substância livremente filtrada o LTPx é 10 no espaço de Bowman antes que alguma reabsorção ou secreção ocorra para modificála As seguintes interpretações podem ser dadas para a LTPx onde x é qualquer soluto Novamente a concentração de x no plasma é admitida como constante LTPx 10 O valor 10 pode ter dois significados O primeiro é ilustrado na experiência a seguir No espaço de Bowman o LTPx para uma substância filtrada livremente é 10 porque ainda não ocorreu reabsorção nem secreção O segundo 496 significado é mais complexo Suponha que seja obtida amostra do líquido tubular no final do túbulo proximal e o LTPx encontrado seja 10 Isso significa que não ocorreu reabsorção ou secreção do soluto no túbulo proximal Não necessariamente Também é possível que a reabsorção do soluto tenha ocorrido mas que a reabsorção de água tenha ocorrido exatamente na mesma proporção Se o soluto e a água são proporcionalmente reabsorvidos a concentração de soluto no líquido tubular não se modifica Na verdade isso é exatamente o que acontece no caso do Na no túbulo proximal o Na é reabsorvido mas a LTPx permanece 10 ao longo de todo o túbulo proximal porque há proporcionalidade entre as reabsorções do Na e da água LTPx 10 Um valor menor do que 10 tem apenas um significado A reabsorção do soluto deve ter sido maior do que a reabsorção de água fazendo com que a concentração de soluto no líquido tubular se reduzisse a níveis abaixo dos níveis do plasma LTPx 10 Um valor maior do que 10 tem dois possíveis significados O primeiro significado possível é que tenha ocorrido reabsorção efetiva de soluto sendo a reabsorção de soluto menor do que a reabsorção de água Quando a reabsorção de soluto não é tão intensa quanto a da água a concentração desse soluto aumenta no líquido tubular O segundo significado possível é que tenha ocorrido secreção efetiva de soluto no líquido tubular fazendo com que sua concentração aumentasse acima dos níveis do plasma LTPinulina A discussão precedente sobre valores de LTPx enfatiza como sua interpretação requer o conhecimento simultâneo sobre a reabsorção de água Lembrese de uma das questões levantadas A LTPx é igual a 10 porque houve filtração mas não houve reabsorção nem secreção Ou a LTPx é igual a 10 porque houve reabsorção proporcional de soluto e água Essas duas possibilidades muito distintas somente podem ser diferenciadas se a reabsorção de água for medida simultaneamente A inulina substância usada para a determinação da TFG pode também ser utilizada para medir a reabsorção de água no néfron isolado Lembrese de que uma vez filtrada pelos capilares glomerulares a inulina é inerte ou seja ela não é reabsorvida nem secretada Assim a concentração de inulina no líquido tubular não é afetada por sua reabsorção ou secreção mas somente pelo volume de água presente Por exemplo no espaço de Bowman a concentração de inulina no líquido tubular é idêntica à concentração de inulina no plasma devido ao fato de a inulina ser livremente filtrada Como a água é reabsorvida ao longo do néfron a concentração de inulina no líquido tubular aumenta de modo uniforme e se torna mais alta do que a concentração no plasma A reabsorção de água pode ser calculada a partir do valor de LTPinulina Considere o exemplo no qual o líquido tubular é coletado e a medida de LTPinulina 20 Em outras palavras isso significa que a concentração de inulina no líquido tubular é duas vezes 497 a concentração de inulina no plasma A água deve ter sido reabsorvida nos segmentos anteriores do néfron para que a concentração de inulina no líquido tubular duplicasse Quanta água deve ter sido reabsorvida para que a LTPinulina atingisse esse valor Esse exemplo simples pode ser analisado intuitivamente se a concentração de inulina no líquido tubular duplicou então 50 da água devem ter sido removidos ie reabsorvida Outros valores de LTPinulina podem ser usados para medir a reabsorção de água pela seguinte equação A equação pode ser entendida comparandoa à solução intuitiva para LTPinulina 20 Nesse exemplo a fração de água filtrada reabsorvida 1 12 05 50 A solução matemática produz exatamente o mesmo resultado que a abordagem intuitiva que também concluiu que 50 da água foram reabsorvidos Outros valores de LTPinulina não são tão fáceis de resolver intuitivamente e talvez seja necessário usar a equação Por exemplo se a LTPinulina 100 a fração de água filtrada reabsorvida 1 1100 1 001 099 99 Incidentalmente esse é o valor de LTPinulina que poderia existir no final dos ductos coletores ponto no qual 99 da água filtrada já foram reabsorvidos de volta ao sangue LTPXLTPinulina A proporção LTPinulina nos fornece instrumento para a correção da LTPx com relação à reabsorção de água Com essa correção podese saber com precisão se a substância foi reabsorvida secretada ou sequer transportada A expressão LTPxLTPinulina é dupla proporção que realiza essa correção O significado exato da dupla proporção é o seguinte a fração da carga filtrada da substância x que permanece em qualquer ponto ao longo do néfron Por exemplo se LTPxLTPinulina 03 então 30 da carga filtrada de soluto permanecem no líquido tubular em dado ponto do néfron ou 70 foram reabsorvidos Isso é aproximadamente a situação para o Na do final do túbulo proximal LTPNaLTPinulina 03 o que significa que 30 do Na filtrado permanecem nesse ponto e 70 foram reabsorvidos Da discussão anterior lembrese de que ao final do túbulo proximal LTPNa 10 o que levava à confusão sobre a reabsorção do Na no túbulo proximal Agora usando a dupla proporção para corrigir para a absorção de água a resposta é clara grande proporção do Na filtrado foi reabsorvida mas como a água também é reabsorvida junto com o Na a LTPNa não se altera do seu valor no espaço de Bowman 498 Balanço do sódio De todas as funções dos rins a reabsorção do sódio Na é a mais importante Considere que o Na é o principal cátion do LEC que consiste em plasma e líquido intersticial A quantidade de Na no LEC determina o volume do LEC que por sua vez determina o volume do plasma o volume do sangue e a pressão sanguínea Cap 4 Portanto os mecanismos renais envolvidos na reabsorção de Na i e retorno de Na para o LEC após filtração são críticos para a manutenção dos valores normais do volume de LEC do volume sanguíneo e da pressão sanguínea Os rins são responsáveis pela manutenção do conteúdo normal de Na Diariamente os rins devem garantir que a excreção de Na se iguale exatamente à sua ingestão processo de ajuste chamado de balanço de Na Por exemplo para se manter o balanço do Na a pessoa que ingere 150 mEq de Na a cada dia deve excretar exatamente 150 mEq de Na por dia Se a excreção de Na é menor do que sua ingestão então a pessoa está em balanço positivo de Na Nesse caso o excesso de Na é retido no corpo principalmente no LEC Quando o conteúdo de Na no LEC aumenta ocorre aumento do volume do LEC ou a expansão de volume do LEC volume sanguíneo e pressão arterial também aumentam e podem ocasionar edema Por outro lado se a excreção de Na é maior do que sua ingestão a pessoa está em balanço negativo de Na Quando excesso de Na é perdido pelo corpo ocorre redução do conteúdo de Na no LEC redução do volume do LEC ou contração do volume do LEC e diminuição do volume sanguíneo e da pressão arterial A distinção importante deve ser feita entre conteúdo corporal de Na que determina o volume do LEC e a concentração de Na A concentração de Na é determinada não somente pela quantidade de Na presente mas também pelo volume de água Por exemplo uma pessoa pode ter um aumento do conteúdo de Na mas concentração normal de Na se o conteúdo de água aumentar proporcionalmente Ou a pessoa pode ter um aumento na concentração de Na com conteúdo normal de Na se o conteúdo de água for reduzido Em quase todos os casos as alterações da concentração de Na são causadas por alterações do conteúdo de água corporal e não pelo conteúdo de Na Os rins têm mecanismos distintos para regular a reabsorção de Na e água Processamento Global do Na A Figura 619 mostra o processamento do Na no néfron O Na é livremente filtrado pelos capilares glomerulares e subsequentemente reabsorvido por todo o néfron As setas mostram a reabsorção em vários segmentos do néfron e os números representam as porcentagens aproximadas da carga filtrada reabsorvida em cada segmento A excreção de Na é menor que 1 da carga filtrada correspondendo à reabsorção efetiva de mais de 99 da carga filtrada 499 FIGURA 619 Processamento do Na no néfron As setas mostram os locais de reabsorção do Na os números são as porcentagens da carga filtrada reabsorvida ou excretada Sem dúvida a maior parte da reabsorção de Na ocorre no túbulo convoluto proximal onde dois terços ou 67 da carga filtrada são reabsorvidos No túbulo proximal a reabsorção de água está sempre ligada à reabsorção de Na e o mecanismo é descrito como isosmótico O segmento ascendente espesso da alça de Henle reabsorve 25 da carga filtrada de Na Ao contrário do túbulo proximal onde a reabsorção de água está ligada à reabsorção de Na o segmento ascendente espesso da alça de Henle é impermeável à água As porções terminais do néfron o túbulo distal e os ductos coletores reabsorvem aproximadamente 8 da carga filtrada A porção inicial do túbulo convoluto distal reabsorve aproximadamente 5 da carga filtrada e como o segmento ascendente espesso é impermeável à água A porção distal do túbulo convoluto distal e ductos coletores reabsorvem os 3 restantes da carga filtrada e são responsáveis pelo ajuste fino da reabsorção de Na que por fim assegura o balanço de Na Não é de 500 surpreender portanto que a porção distal do túbulo convoluto distal e a dos ductos coletores sejam locais de ação do hormônio regulador do Na a aldosterona Como enfatizado para a pessoa permanecer em balanço de Na a quantidade de Na excretado na urina p ex mEqdia deve ser exatamente igual à ingestão diária de Na Com a média de ingestão de 150 mEqdia a excreção de Na deve ser de 150 mEqdia para manter o balanço o que é menos que 1 da carga filtrada Se a TFG é de 180 Ldia e a concentração plasmática de Na 140 mEqL então a carga filtrada de Na é de 25200 mEqdia A excreção de 150 mEqdia portanto é 06 da carga filtrada 150 mEqdia divididos por 25200 mEqdia como mostrado na Figura 619 Em termos da manutenção do balanço global de Na cada segmento do néfron desempenha papel distinto Dessa maneira os segmentos serão discutidos individualmente em relação à quantidade de Na filtrado que é reabsorvido e os mecanismos de transporte celular Para resumo das funções de cada segmento do néfron ver Tabela 67 501 Tabela 67 Resumo das Funções dos Principais Segmentos do Néfron SegmentoTipo Celular Funções Principais Mecanismos Celulares Ações Hormonais Ações dos Diuréticos Trecho Inicial do Túbulo Proximal Reabsorção isosmótica de soluto e água Cotransportes Naglicose Naaminoácido Na fosfato PTH inibe o cotransporte Nafosfato Diuréticos osmóticos Trocador NaH Angiotensina II estimula a troca NaH Inibidores da anidrase carbônica Trecho Final do Túbulo Proximal Reabsorção isosmótica de soluto e água Reabsorção de NaCl impulsionada pelo gradiente de Cl Diuréticos osmóticos Ramo Ascendente Espesso da Alça de Henle Reabsorção de NaCl sem água Diluição do líquido tubular Efeito Isolado da multiplicação por contracorrente Reabsorção de Ca2 e Mg2 impulsionado pelo potencial lúmenpositivo Cotransporte NaK 2Cl ADH estimula o cotransporte Na K2Cl Diuréticos de alça Trecho Inicial do Túbulo Distal Reabsorção de NaCl sem água Diluição do líquido tubular Cotransporte NaCl PTH estimula a reabsorção de Ca2 Diuréticos tiazídicos Trecho Final do túbulo Distal e Ductos Coletores Reabsorção de NaCl Canais de Na CNaE Aldosterona estimula a reabsorção de Na Diuréticos poupadores de K células principais Secreção de K Canais de K Aldosterona estimula a secreção de K Reabsorção variável de água Canais de água AQP2 ADH estimula a reabsorção de água Trecho Final do Túbulo Distal e Ductos Coletores células intercaladas α Reabsorção de K Secreção de H HKATPase H ATPase Aldosterona estimula a secreção de H Diuréticos poupadores de K ADH hormônio antidiurético PTH paratormônio CNaE canal de Na epitelial Túbulo Convoluto Proximal O túbulo convoluto proximal consiste na porção inicial e na porção final de túbulo convoluto Os mecanismos de reabsorção de Na na porção inicial e final do túbulo são diferentes como pode ser observado nos ânions e outros solutos que acompanham o Na Na porção inicial do túbulo proximal o Na é reabsorvido primariamente com o HCO3 e solutos orgânicos como a glicose e aminoácidos Na porção final do túbulo 502 proximal o Na é reabsorvido principalmente com o Cl porém não com solutos orgânicos Apesar dessas diferenças várias afirmações podem ser feitas a respeito do túbulo proximal 1 Todo o túbulo proximal reabsorve 67 do Na filtrado 2 Todo o túbulo proximal também reabsorve 67 da água filtrada O íntimo acoplamento entre a reabsorção de Na e de água é chamado reabsorção isosmótica 3 A reabsorção em massa de Na e água os principais constituintes do LEC é extremamente importante para a manutenção do volume do LEC 4 O túbulo proximal é o local do balanço glomerulotubular mecanismo de acoplamento da reabsorção à TFG As características das porções iniciais e finais do túbulo proximal são descritas primeiro seguidas por discussão das propriedades gerais do túbulo Porção Inicial do Túbulo Convoluto Proximal A primeira metade do túbulo convoluto proximal é chamada de trecho inicial do túbulo proximal Nesse segmento os solutos mais essenciais são reabsorvidos junto com o Na glicose aminoácidos e HCO3 Devido ao papel metabólico crítico da glicose e dos aminoácidos bem como do papel tamponante do HCO3 o trecho inicial do túbulo proximal pode ser considerado desempenhando o trabalho reabsortivo da mais alta prioridade Os mecanismos celulares de reabsorção no trecho inicial do túbulo proximal são mostrados na Figura 620 A membrana luminal contém múltiplos mecanismos de transporte ativo secundário que obtêm energia do gradiente transmembrana do Na Lembrese do Capítulo 1 que o transporte ativo secundário pode ser cotransporte no qual todos os solutos se movem na mesma direção através da membrana ou contratransporte ou antiporte em que os solutos se movem em direções opostas 503 FIGURA 620 Mecanismos celulares da reabsorção do Na no trecho inicial do túbulo proximal A diferença de potencial transepitelial é a diferença entre o potencial no lúmen e o potencial no sangue 4 mV ATP Trifosfato de adenosina Os mecanismos de cotransporte presentes na membrana luminal do trecho inicial do túbulo proximal são os transportadores Naglicose TSG Naaminoácido Na fosfato Nalactato e Nacitrato Em cada caso o Na se desloca para dentro da célula e a favor do seu gradiente eletroquímico acoplado com o movimento de glicose aminoácido fosfato lactato ou citrato para dentro da célula contra seu gradiente eletroquímico O Na é então removido da célula de volta ao sangue pela NaK ATPase a glicose e os outros solutos são expelidos por difusão facilitada Existe mecanismo de contratransporte ou antiporte na membrana luminal do trecho inicial do túbulo proximal o trocador NaH Os detalhes desse mecanismo são abordados em relação à fisiologia acidobásica no Capítulo 7 De maneira sucinta o hidrogênio H é transportado para o lúmen em troca do Na O H se combina com o HCO3 filtrado convertendoo em dióxido de carbono CO2 e água que então se deslocará do lúmen para o interior das células Dentro das células o CO2 e a água são convertidos em H e HCO3 O H é então novamente transportado pelo trocador Na H enquanto o HCO3 é reabsorvido pela corrente sanguínea por difusão facilitada O resultado desse ciclo é a reabsorção do HCO3 filtrado Assim no trecho inicial do túbulo proximal o HCO3 e não o Cl é o ânion que é reabsorvido com o Na Existe diferença de potencial do lúmen negativo através das células do trecho inicial do túbulo proximal que é criada pelo cotransporte de Naglicose e Naaminoácido Esses transportadores trazem cargas positivas para o interior das células e deixam 504 cargas negativas no lúmen Os outros transportadores são eletroneutros p ex o trocador NaH e portanto não contribuem para a diferença de potencial transepitelial Como resultado dos processos de transporte ativo secundário o filtrado glomerular passa pelas seguintes alterações no momento que atinge a metade do túbulo proximal 1 100 da glicose e dos aminoácidos filtrados foram absorvidos 2 85 do HCO3 filtrado foram reabsorvidos 3 a maior parte do fosfato lactato e citrato foi absorvida e 4 como a reabsorção de Na foi acoplada a cada um desses processos ele também foi em grande parte absorvido Trecho Final do Túbulo Convoluto Proximal Como observado o líquido tubular que deixa o trecho inicial do túbulo proximal difere significativamente do filtrado glomerular original Toda a glicose e aminoácidos filtrados bem como a maior parte do HCO3 filtrado foram reabsorvidos Dessa forma o líquido que entra na porção final do túbulo proximal não contém glicose nem aminoácidos contendo pouco HCO3 Além disso esse líquido tem alta concentração de Cl embora não seja imediatamente evidente o porquê disso A concentração de Cl é alta porque o HCO3 foi preferencialmente reabsorvido no trecho inicial do túbulo proximal deixando o Cl no líquido tubular Como a água é reabsorvida isosmoticamente junto com os solutos a concentração de Cl no líquido tubular aumenta e fica mais alta do que a concentração de Cl no filtrado glomerular e no sangue Ao contrário do trecho inicial do túbulo proximal a porção final reabsorve primariamente NaCl Fig 621 A alta concentração de Cl no líquido tubular é a força impulsora para sua reabsorção realizada pela contribuição tanto de componentes celulares quanto paracelulares por entre as células 505 FIGURA 621 Mecanismos celulares da reabsorção de Na no trecho final do túbulo proximal A diferença de potencial transepitelial é de 4 mV ATP Trifosfato de adenosina O componente celular da reabsorção de NaCl é explicado a seguir A membrana luminal das células tubulares da porção final desse túbulo contém dois mecanismos trocadores incluindo o familiar trocador NaH e o trocador Clformato que é impelido pela alta concentração de Cl no líquido tubular As funções combinadas dos dois trocadores é transportar NaCl do lúmen para o interior da célula O Na é então expelido no sangue pela NaK ATPase e o Cl se desloca para o sangue por difusão O componente paracelular também depende da alta concentração de Cl no líquido tubular As junções oclusivas entre as células do túbulo proximal não são de fato tão ocludentes elas são muito permeáveis a pequenos solutos tais como o NaCl e a água Assim o gradiente de concentração de Cl direciona a difusão do Cl por entre as células do lúmen para o sangue Essa difusão de Cl estabelece um potencial de difusão de Cl formando o lúmen positivo com relação ao sangue A reabsorção de Na segue impulsionada pela diferença de potencial positivo do lúmen Como a via celular o resultado efetivo da via paracelular é a reabsorção de NaCl Reabsorção Isosmótica A reabsorção isosmótica é a propriedade marcante da função do túbulo proximal a reabsorção de soluto e água é acoplada e proporcional uma à outra Assim se 67 do soluto filtrado são reabsorvidos pelo túbulo proximal então 67 da água filtrada também serão reabsorvidos Que solutos estão incluídos no termo genérico solutos O cátion principal é o Na com seus ânions acompanhantes HCO3 na porção inicial do túbulo e Cl na porção final 506 do túbulo Ânions menos importantes são o fosfato lactato e citrato Outros solutos são a glicose e aminoácidos Quantitativamente entretanto a maior parte dos solutos reabsorvidos pelo túbulo proximal é NaCl e NaHCO3 Uma das consequências da reabsorção isosmótica já foi mencionada os valores de LTPNa e LTPosmolaridade 10 ao longo de todo o túbulo proximal Isso é notável visto que ocorre intensa reabsorção de Na e de solutos osmoles ao longo do túbulo proximal O motivo pelo qual o valor dessas frações permanece 10 é que a reabsorção de água está acoplada diretamente à reabsorção tanto de Na quanto dos solutos A Figura 622 é um diagrama esquemático dos mecanismos de reabsorção isosmótica Questão fundamental a ser feita é A água segue junto com a reabsorção de soluto ou é o soluto que segue junto com a reabsorção de água A resposta é que a reabsorção de soluto é o evento primário e a água segue passivamente como explicado na Figura 622 As rotas de reabsorção de soluto e água são mostradas pelas linhas tracejadas e os números circulados na figura estão relacionados às seguintes etapas FIGURA 622 Mecanismo de reabsorção isosmótica no túbulo proximal As setas tracejadas mostram as vias de reabsorção Veja o texto para explicação dos números circulados πc Pressão oncótica no capilar peritubular 1 Na entra na célula através da membrana luminal por algum dos mecanismos descritos nas seções anteriores Como a membrana luminal é permeável à água ela segue o soluto para manter a osmolaridade 2 O Na é bombeado para fora da célula pela NaK ATPase localizada na membrana 507 peritubular ou na membrana basolateral Basal referese às membranas celulares voltadas para o capilar peritubular 2a e lateral referese a membranas celulares voltadas para os espaços intercelulares laterais 2b Quando o Na é bombeado para fora da célula a água o segue de forma passiva 3 O espaço intercelular lateral é via importante de reabsorção de soluto e de água Líquido isosmótico se acumula nesses espaços entre as células do túbulo proximal como descrito na etapa 2 Eletromicrografias mostram que os espaços realmente se distendem quando ocorre maior reabsorção no túbulo proximal Esse líquido isosmótico nos espaços intercelulares vai estar submetido então às forças de Starling dos capilares peritubulares A principal força de Starling que comanda a reabsorção é a elevada pressão oncótica πc do sangue capilar peritubular Relembre que a filtração glomerular aumenta a concentração das proteínas e a πc do sangue capilar glomerular esse sangue deixa os capilares glomerulares para formar o sangue capilar peritubular Desta maneira a πc elevada é pressão que favorece a reabsorção do líquido isosmótico Índices TFP ao Longo do Túbulo Proximal As funções do túbulo proximal podem ser vislumbradas através da representação gráfica das proporções de concentração de TFP para diversas substâncias como uma função do comprimento ao longo do túbulo proximal Fig 623 No início do túbulo proximal ie o espaço de Bowman a proporção TFP para todas as substâncias livremente filtrada é de 10 já que nenhuma secreção ou reabsorção ocorreu ainda as concentrações do soluto no fluido tubular é igual às suas concentrações no plasma Mais adiante no túbulo proximal os valores para TFPosmolaridade TFPNa permanecem em 10 porque ambos Na e solutos totais são reabsorvidos em proporção à água ou seja a reabsorção é isosmótica Porque a reabsorção de glicose aminoácidos e HCO3 é proporcionalmente maior que a reabsorção de água no túbulo proximal inicial o TF Pglicose o TF Paminoácidos e o TF PHCO3 caem abaixo de 10 A reabsorção de Cl é menor do que a reabsorção de água no túbulo proximal inicial isto é o HCO3 é preferido em relação Cl assim o TFPCl sobe acima de 10 Finalmente o TFPinulina aumenta de forma constante ao longo do túbulo proximal porque a inulina uma vez filtrada não é reabsorvida o TFPinulina aumenta porque como a água é reabsorvida e a inulina é deixada para trás no lúmen a concentração de inulina no fluido tubular aumenta Dois terços da água filtrada são reabsorvidos ao longo de todo o túbulo proximal assim a proporção do TFPinulina é de cerca de 30 no final do túbulo proximal 508 FIGURA 623 Mudanças na proporção de concentração da TFP para vários solutos ao longo do túbulo convoluto proximal Balanço Glomerulotubular O balanço glomerulotubular é o principal mecanismo regulador do túbulo proximal Ele descreve o balanço entre a filtração o glomérulo e a reabsorção o túbulo proximal ilustrado no seguinte exemplo Se a TFG teve aumento espontâneo de 1 a carga filtrada de Na também aumentaria por 1 carga filtrada TFG Px Assim se a TFG é de 180 Ldia e a PNa é de 140 mEqL a carga filtrada de Na será 25200 mEqdia Um aumento de 1 da carga filtrada de Na corresponde a aumento de 252 mEqdia Se não ocorresse aumento simultâneo da reabsorção então quantidade extra de 252 mEqdia de Na seria excretada na urina Uma vez que a quantidade total de Na no LEC é de apenas 1960 mEq 14 L 140 mEqL a perda de 252 mEqdia é significativa Contudo essa perda de Na não ocorre por causa do mecanismo protetor do balanço glomerulotubular O balanço glomerulotubular assegura que fração constante da carga filtrada é reabsorvida pelo túbulo proximal mesmo que a carga filtrada aumente ou diminua Essa fração constante ou porcentagem é normalmente mantida em 67 da carga filtrada agora um valor familiar Como o glomérulo se comunica com o túbulo proximal de maneira a manter uma fração de reabsorção constante O mecanismo do balanço glomerulotubular envolve a fração de filtração e as forças de Starling no sangue capilar peritubular Fig 622 No exemplo 509 anterior foi dito que a TFG aumenta espontaneamente de 1 sem alteração do FPR Como resultado a fração de filtração TFGFPR aumentou significando que uma fração de líquido maior do que a usual foi filtrada do sangue capilar glomerular Consequentemente a concentração das proteínas e a pressão oncótica do sangue capilar glomerular aumentaram mais do que o normal Esse sangue se torna sangue capilar peritubular mas agora com uma πc maior do que a usual Como a πc é a mais importante força impulsora para a reabsorção do líquido isosmótico no túbulo proximal a reabsorção será aumentada Resumindo aumentos da TFG produzem aumentos da fração de filtração o que leva ao aumento da πc e à maior reabsorção no túbulo proximal diminuições da TFG produzem diminuições da fração de filtração o que leva à diminuição da πc e à reabsorção diminuída Portanto a proporcionalidade entre a filtração e a reabsorção no túbulo proximal é mantida ie ocorre o balanço glomerulotubular Variações do Volume do LEC O balanço glomerulotubular assegura que normalmente 67 do Na e da água serão reabsorvidos no túbulo proximal Esse balanço é mantido porque os glomérulos se comunicam com o túbulo proximal pelas variações de πc do sangue capilar peritubular No entanto o balanço glomerulotubular pode ser alterado pelas variações do volume do LEC Os mecanismos que fundamentam essas alterações podem ser explicados pelas forças de Starling nos capilares peritubulares Fig 624 FIGURA 624 Efeitos da expansão A e da contração B de volume do LEC sobre a reabsorção isosmótica no túbulo proximal Alterações nas forças de Starling no sangue capilar peritubular são responsáveis pelos efeitos πc Pressão oncótica no capilar peritubular Pc pressão hidrostática no capilar peritubular A expansão do volume do LEC produz redução da fração de reabsorção no túbulo proximal Fig 624A Quando o volume do LEC está aumentado p ex pela 510 infusão de NaCl isotônico a concentração plasmática das proteínas diminui por diluição e a pressão hidrostática capilar Pc aumenta Para os capilares peritubulares essas alterações resultam em diminuição da πc e em aumento da Pc Ambas as alterações das forças de Starling nos capilares peritubulares produzem diminuição da fração de reabsorção do líquido isosmótico no túbulo proximal Parte do líquido que deveria ter sido reabsorvido em vez disso retorna ao lúmen do túbulo pelas junções fechadas e é excretada Essa alteração do balanço glomerulotubular é um dos vários mecanismos que auxiliam a excreção do excesso de NaCl e de água quando ocorre aumento do volume do LEC A contração do volume do LEC produz aumento da fração de reabsorção no túbulo proximal Fig 624B Quando o volume do LEC está diminuído p ex em virtude de diarreia ou vômito a concentração plasmática das proteínas aumenta é concentrada e a pressão hidrostática capilar diminui Como resultado ocorre aumento da πc e diminuição da Pc do sangue capilar peritubular Essas variações das forças de Starling nos capilares peritubulares resultam em aumento da fração de reabsorção do líquido isosmótico Essa alteração do balanço glomerulotubular é obviamente mecanismo protetor uma vez que os rins estão tentando restaurar o volume do LEC pela reabsorção de mais soluto e de água do que o normal Além das forças de Starling um segundo mecanismo contribui para a reabsorção aumentada no túbulo proximal que ocorre quando o volume do LEC está contraído A diminuição do volume do LEC causa diminuição do volume sanguíneo e da pressão arterial que ativa o sistema reninaangiotensinaaldosterona A angiotensina II estimula a troca de NaH no túbulo proximal e assim estimula a reabsorção de Na de HCO3 e de água Em decorrência do mecanismo da angiotensina II estimular especificamente a reabsorção do HCO3 junto com o Na e água a contração do volume do LEC provoca alcalose de contração alcalose metabólica secundaria à contração do volume discutida no Capítulo 7 Alça de Henle A alça de Henle contém três segmentos o ramo descendente fino o ramo ascendente fino e o ramo ascendente espesso Juntos esses três segmentos são responsáveis pelo sistema multiplicador por contracorrente que é essencial para a concentração e para a diluição da urina O sistema de contracorrente é discutido adiante neste capítulo Ramos Descendente Fino e Ascendente Fino Os ramos descendente e ascendente finos da alça de Henle são caracterizados principalmente pela sua alta permeabilidade aos pequenos solutos e à água O ramo descendente fino é permeável à água e aos pequenos solutos como o NaCl e a ureia Na multiplicação por contracorrente a água é transportada para fora do ramo descendente fino os solutos se movem para o interior desses ramos descendentes finos e o líquido tubular fica progressivamente hiperosmótico ao fluir por esses ramos O ramo ascendente fino também é permeável ao NaCl mas é impermeável à 511 água Durante a multiplicação por contracorrente o soluto se move para fora do ramo ascendente fino sem a água e o líquido tubular fica progressivamente hiposmótico à medida que flui por ele Ramo Ascendente Espesso Diferentemente dos ramos finos que apresentam apenas propriedades de permeabilidade passiva o ramo ascendente espesso reabsorve quantidade significativa de Na por mecanismo ativo Normalmente o ramo ascendente espesso reabsorve cerca de 25 do Na filtrado O mecanismo de reabsorção é dependente da carga propriedade semelhante à do túbulo distal Dependente de carga significa que quanto mais Na for fornecido para o ramo ascendente espesso mais ele reabsorverá Essa propriedade de dependência da carga explica o fato de que a inibição da reabsorção de Na no túbulo proximal produz aumentos menores do que os esperados na excreção de Na Por exemplo diurético que atue no túbulo proximal promove somente diurese branda Apesar do diurético realmente inibir a reabsorção proximal de Na parte do Na extra que chega à alça de Henle é reabsorvida pelo mecanismo dependente de carga Assim a alça de Henle e o túbulo distal compensa parcialmente o efeito proximal do diurético O mecanismo celular no ramo ascendente espesso é apresentado na Figura 625 Como mostra a figura a membrana luminal contém um cotransportador NaK 2Cl um cotransportador de três íons A energia para esse cotransportador é derivada do conhecido gradiente de Na que é mantido pela NaK ATPase nas membranas basolaterais Ocorre reabsorção efetiva de Na K e Cl no ramo ascendente espesso como descrito a seguir todos os três íons são transportados para o interior da célula pelo cotransportador o Na é expelido da célula pela NaK ATPase e o Cl e o K se difundem através de canais na membrana basolateral diminuindo seus respectivos gradientes eletroquímicos Como mostrado na figura a maior parte mas não todo o K que entra na célula pelo cotransportador triiônico deixa a célula pela membrana basolateral Parte do K no entanto se difunde novamente para o lúmen do néfron A consequência dessa reciclagem do K pela membrana luminal é que o cotransportador é eletrogênico ele traz mais cargas negativas do que positivas para o interior das células A propriedade eletrogênica do cotransportador NaK2Cl resulta em diferença de potencial lúmenpositivo nas células do ramo ascendente espesso O papel do potencial lúmenpositivo na impulsão da reabsorção de cátions divalentes como o Ca2 Mg2 é discutido adiante neste capítulo 512 FIGURA 625 Mecanismos celulares da reabsorção de Na no ramo ascendente espesso da alça de Henle A diferença de potencial transepitelial é de 7 mV ATP Trifosfato de adenosina O ramo ascendente espesso é o local de ação dos diuréticos mais potentes os diuréticos de alça p ex furosemida bumetanida e ácido etacrínico Os diuréticos de alça são ácidos orgânicos relacionados ao PAH No pH fisiológico os diuréticos de alça são ânions que se combinam com os sítios de ligação do Cl no cotransportador Na K2Cl Quando o diurético se liga ao sítio do Cl o cotransportador triiônico é incapaz de completar o ciclo e o transporte cessa Em dosagens máximas os diuréticos de alça inibem completamente a reabsorção de NaCl no ramo ascendente espesso e teoricamente podem causar excreções superiores a 25 do Na filtrado As células do ramo ascendente espesso são impermeáveis à água característica pouco comum pois quase todas as outras membranas celulares são muito permeáveis à água Como consequência da impermeabilidade à água o NaCl é reabsorvido pelo ramo ascendente espesso mas a água não é reabsorvida em toda a sua extensão Por essa razão esse ramo é também chamado de segmento diluidor os solutos são reabsorvidos mas a água não os acompanha diluindo o líquido tubular A prova dessa função diluidora é dada pelos valores da concentração de Na e da osmolaridade do líquido tubular O líquido tubular que deixa o ramo ascendente espesso tem concentração de Na e osmolaridade mais baixas do que as do sangue e dessa forma LTPNa e LTPosmolaridade 10 Túbulo Distal e Ducto Coletor O túbulo distal e o ducto coletor compõem o néfron terminal e juntos absorvem 8 do Na filtrado Como no ramo ascendente espesso a reabsorção no néfron terminal é 513 dependente da carga com considerável capacidade de reabsorver o Na extra que pode ter sido originado no túbulo proximal O mecanismo de transporte do Na na porção inicial do túbulo distal difere da porção final do túbulo distal e do ducto coletor e assim cada segmento é discutido separadamente Trecho Inicial do Túbulo Distal O trecho inicial do túbulo distal reabsorve 5 do Na filtrado Em nível celular o mecanismo é um cotransportador NaCl na membrana luminal a energia para a qual deriva do gradiente de Na Fig 626 Ocorre reabsorção efetiva do Na e do Cl no trecho inicial do túbulo distal como explicado a seguir os dois íons entram na célula pelo cotransportador NaCl o Na é então eliminado da célula para o sangue pela NaK ATPase e o Cl se difunde para fora da célula pelos canais de Cl na membrana basolateral FIGURA 626 Mecanismos celulares da reabsorção de Na no trecho inicial do túbulo distal A diferença de potencial transepitelial é de 10 mV ATP Trifosfato de adenosina O cotransportador NaCl do trecho inicial do túbulo distal difere do cotransportador NaK2Cl do ramo ascendente espesso nos seguintes aspectos ele transporta dois íons e não três é eletroneutro não eletrogênico e é inibido por classe diferente de diuréticos os diuréticos tiazídicos p ex clorotiazida hidroclorotiazida e metolazona Como os diuréticos de alça os tiazídicos são ácidos orgânicos ânions no pH fisiológico Os diuréticos tiazídicos se ligam ao local do Cl no cotransportador NaCl e evitam que realize seu ciclo inibindo dessa forma a 514 reabsorção do NaCl na porção inicial do túbulo distal Como o ramo ascendente espesso o trecho inicial do túbulo distal é impermeável à água Assim ele reabsorve o soluto deixando a água no túbulo o que por sua vez dilui o líquido tubular Por essa razão o segmento inicial do túbulo distal é chamado de segmento diluidor cortical cortical porque os túbulos distais ficam no córtex renal Relembre que o líquido tubular que entra no trecho inicial do túbulo distal já está diluído comparado ao sangue devido à função do ramo ascendente espesso o trecho inicial do túbulo distal o dilui ainda mais Trecho Final do Túbulo Distal e Ducto Coletor Anatomicamente e funcionalmente o trecho final do túbulo distal e o ducto coletor são semelhantes e podem ser abordados em conjunto Existem dois tipos principais de células interpostas ao longo desses segmentos as células principais e as células intercaladas α As células principais estão envolvidas na reabsorção de Na na secreção de K e na reabsorção de água as células intercaladas α estão envolvidas na reabsorção de K e na secreção de H Nesta seção a discussão enfocará a reabsorção de Na pelas células principais A reabsorção de água e de K bem como a secreção do K serão discutidas adiante neste capítulo A secreção de H será discutida no Capítulo 7 O trecho final do túbulo distal e o ducto coletor reabsorvem 3 do Na filtrado Essa quantidade é pequena quando comparada às quantidades reabsorvidas no túbulo proximal no ramo ascendente espesso e até mesmo no trecho inicial do túbulo distal O trecho final do túbulo distal e o ducto coletor no entanto são os últimos segmentos do néfron a influenciar a quantidade de Na que vai ser excretada ie eles fazem os ajustes finais na reabsorção do Na O mecanismo de reabsorção de Na pelas células principais do trecho final do túbulo distal e do ducto coletor é mostrado na Figura 627 Em vez dos mecanismos de transporte acoplado vistos em outros segmentos do néfron a membrana luminal das células principais contém canais de Na canais de Na epiteliais CNaE O Na se difunde do lúmen do néfron para as células por esses canais diminuindo seu gradiente eletroquímico O Na então é eliminado da célula pela NaK ATPase presente na membrana basolateral O ânion que acompanha o Na em geral é o Cl embora o mecanismo de transporte do Cl ainda não tenha sido elucidado 515 FIGURA 627 Mecanismos celulares da reabsorção de Na nas células principais do trecho final do túbulo distal e ducto coletor A diferença de potencial transepitelial é de 50 mV ATP Trifosfato de adenosina Dado o papel crítico do trecho final do túbulo distal e do ducto coletor nos ajustes finais da excreção do Na não é de surpreender que a reabsorção de Na nesses segmentos seja regulada por hormônios A aldosterona é o hormônio esteroide que age diretamente nas células principais para aumentar a reabsorção de Na A aldosterona é secretada pela zona glomerulosa do córtex suprarrenal sendo levada pela circulação até as células principais e difundindose para o interior das células pela membrana celular basolateral Na célula o hormônio é transferido para o núcleo onde comanda a síntese de RNAs mensageiros RNAm específicos Esses RNAm promovem a síntese de novas proteínas que participam da reabsorção de Na pelas células principais As proteínas induzidas pela aldosterona incluem o próprio canal de Na da membrana luminal a NaK ATPase e as enzimas do ciclo do ácido cítrico p ex citrato sintase A reabsorção de Na pelas células principais é inibida pelos diuréticos poupadores de K p ex amilorida triantereno e espironolactona A espironolactona esteroide antagonista da aldosterona impede a aldosterona de entrar no núcleo das células principais bloqueando assim a síntese de RNAm e das novas proteínas A amilorida e o triantereno se ligam aos canais de Na da membrana luminal e inibem a reabsorção de Na induzida pela aldosterona Os diuréticos poupadores de K só produzem diurese moderada pois inibem apenas pequena porcentagem da reabsorção total de Na No entanto como o próprio nome sugere o seu uso principal é em combinação com outros diuréticos para inibir a secreção de K pelas células principais como discutido na seção sobre o controle do K A reabsorção de água pelo trecho final do túbulo distal e do ducto coletor é variável 516 como descrito adiante neste capítulo A permeabilidade das células principais à água é controlada pelo ADH secretado pelo lobo posterior da hipófise de acordo com a necessidade de água do corpo Quando os níveis de ADH estão baixos ou o ADH está ausente a permeabilidade das células principais à água é baixa e quantidade mínima de água se tanto será reabsorvida junto com o NaCl Quando os níveis de ADH estão altos canais de aquaporina 2 AQP2 são inseridos nas membranas do lúmen das células principais ativando assim sua permeabilidade à água que é reabsorvida junto com o NaCl na presença do ADH Regulação do Balanço de Na O Na e seus ânions associados Cl e HCO3 são os principais solutos do LEC Assim o Na no LEC determina o volume desse compartimento Consequentemente um aumento da quantidade de Na no organismo leva a um aumento do volume do LEC do volume sanguíneo e da pressão sanguínea a diminuição da quantidade de Na leva à diminuição do volume do LEC do volume sanguíneo e da pressão sanguínea Conceito útil para se compreender a regulação do balanço de Na é o de volume de sangue arterial efetivo VSAE O VSAE é a porção do LEC contido nas artérias e é o volume de sangue que efetivamente perfunde os tecidos Em geral alterações do volume do LEC produzem alterações do VSAE na mesma direção Por exemplo aumentos no volume do LEC estão associados a aumentos do VSAE e reduções no volume do LEC estão associadas a diminuições do VSAE Há exceções no entanto como durante o edema no qual o aumento do volume do LEC está associado à redução do VSAE devido à filtração excessiva de fluido para fora dos capilares em direção ao líquido intersticial Os rins detectam alterações do VSAE por vários mecanismos e promovem mudanças da excreção de Na que visam retornar o VSAE ao nível normal Os mecanismos renais que regulam a excreção de Na incluem a atividade nervosa simpática atriopeptina peptídeo natriurético atrial ou atriopeptina PNA forças de Starling nos capilares peritubulares e o sistema reninaangiotensinaaldosterona como mostrado a seguir 1 Atividade nervosa simpática A atividade simpática é ativada pelo mecanismo dos barorreceptores em resposta à queda de pressão arterial e causa vasoconstrição das arteríolas aferentes e aumento da reabsorção de Na no túbulo proximal 2 Atriopeptina PNA O PNA é secretado pelos átrios em resposta ao aumento do volume do LEC causando vasodilatação das arteríolas aferentes vasodilatação das arteríolas eferentes aumento da TFG e diminuição da reabsorção de Na no trecho final do túbulo distal e ductos coletores Outros peptídeos da família do PNA têm efeitos similares no aumento da TFG e na redução da reabsorção de Na Entre eles incluemse a urodilatina secretada pelos rins e o peptídeo natriurético cerebral PNC secretado pelas células atriais cardíacas e pelo cérebro 3 Forças de Starling nos capilares peritubulares O papel das forças de Starling foi previamente discutido no contexto do balanço glomerulotubular Resumidamente aumentos do volume do LEC diluem πc e inibem a reabsorção de Na no túbulo proximal reduções do volume do LEC concentram πc e estimulam a reabsorção de 517 Na no túbulo proximal 4 Sistema reninaangiotensinaaldosterona O sistema reninaangiotensina aldosterona é ativado em resposta à redução da pressão arterial ie redução da pressão de perfusão renal Como descrito a angiotensina II estimula a reabsorção de Na no túbulo proximal trocador NaH e a aldosterona estimula a reabsorção de Na no trecho final do túbulo distal e ducto coletor Consideraremos dois exemplos onde esses mecanismos são usados para restaurar o balanço de Na a resposta dos rins ao aumento de ingestão de Na e a resposta dos rins à redução da ingestão de Na Resposta ao Aumento na Ingestão de Na Quando a pessoa ingere dieta rica em Na o fato do Na estar em sua maior parte distribuído no LEC faz com que ocorra aumento do volume do LEC e do VSAE O aumento do VSAE é detectado e os rins promovem aumento da excreção de Na na tentativa de retornar o volume do LEC e do VSAE a seus valores normais Fig 628 FIGURA 628 Respostas ao aumento da ingestão de Na ANP Atriopeptina VSAE volume de sangue arterial efetivo LEC líquido extracelular TFG Taxa de filtração glomerular πc pressão oncótica peritubular Resposta à Diminuição na Ingestão de Na Quando a pessoa ingere dieta com baixos níveis de Na ocorre diminuição do volume 518 do LEC e do VSAE A redução do VSAE é detectada e os rins promovem a redução da excreção de Na tentando normalizar o volume do LEC e o SVAE Fig 629 FIGURA 629 Respostas à redução da ingestão de Na ANP Atriopeptina VSAE volume de sangue arterial efetivo LEC líquido extracelular TFG taxa de filtração glomerular πc pressão oncótica peritubular Balanço do potássio A manutenção do balanço do potássio K é essencial para a função normal dos tecidos excitáveis p ex nervos músculo esquelético músculo cardíaco Relembre dos Capítulos 1 e 4 que o gradiente de concentração do K através das membranas celulares excitáveis estabiliza o potencial de repouso da membrana Lembrese também que as variações do potencial de repouso da membrana alteram a excitabilidade celular abrindo ou fechando os canais de Na responsáveis pela rápida despolarização do potencial de ação As alterações das concentrações intra e extracelular de K alteram o potencial de repouso e como consequência alteram a excitabilidade desses tecidos A maior parte do K corporal total fica localizada no LIC 98 do conteúdo total de K estão no compartimento intracelular e 2 no compartimento extracelular Consequência dessa distribuição é que a concentração de K intracelular 150 mEqL é muito mais alta do que a concentração extracelular 45 mEqL Esse grande gradiente de concentração do K é mantido pela NaK ATPase presente em todas as 519 membranas celulares Um desafio para se manter a baixa concentração de K extracelular é a grande quantidade de K presente no compartimento intracelular Um pequeno deslocamento de K para dentro ou para fora das células pode causar grandes alterações da concentração extracelular de K A distribuição de K através das membranas celulares é chamada de balanço interno do K Hormônios fármacos e vários estados patológicos alteram essa distribuição e como consequência podem alterar a concentração extracelular de K Outro desafio à manutenção da baixa concentração de K extracelular é a variação da ingestão de K na alimentação em seres humanos a ingestão de K na dieta pode variar do mínimo de 50 mEqdia até o máximo de 150 mEqdia Para manter o balanço de K a excreção urinária de K deve ser igual à sua ingestão Assim diariamente a excreção urinária de K deve ser capaz de variar de 50 a 150 mEqdia Os mecanismos renais que permitem essa variabilidade são chamados de balanço externo do K Balanço Interno de K O balanço interno do K é a distribuição do K através das membranas celulares Para reenfatizar grande parte do K está presente no interior das células e até mesmo pequenos deslocamentos do K através das membranas celulares podem provocar grandes alterações da concentração de K no LEC e no sangue Os efeitos de hormônios fármacos e estados patológicos capazes de alterar essa distribuição do K estão resumidos na Figura 630 e na Tabela 68 O deslocamento do K para fora das células produz aumento da concentração de K no sangue o que é chamado de hipercalemia O deslocamento do K para o interior das células produz diminuição da concentração de K no sangue chamada de hipocalemia Tabela 68 Balanço Interno de K Deslocamentos através das Membranas Celulares Causas dos Deslocamentos de K para Fora das Células Hipercalemia Causas dos Deslocamentos de K para dentro das Células Hipocalemia Deficiência de insulina Insulina Antagonistas β2adrenérgicos Agonistas β2adrenérgicos Agonistas αadrenérgicos Antagonistas αadrenérgicos Acidose Alcalose Hiperosmolaridade Hiposmolaridade Lise celular Exercício 520 FIGURA 630 Agentes que afetam o balanço interno de K As setas mostram as direções do movimento do K para dentro e para fora das células LEC Líquido extracelular LIC líquido intracelular Insulina A insulina estimula a captação de K pelas células por aumentar a atividade da NaK ATPase Fisiologicamente esse efeito da insulina é responsável pela captação celular do K ingerido na alimentação após a refeição Assim em resposta à ingestão de alimentos a insulina é secretada pelo pâncreas endócrino Efeito dessa insulina além da estimulação da captação de glicose nas células é o estímulo da captação de K pelas células Essa ação assegura que o K ingerido não permaneça no LEC produzindo hipercalemia A deficiência de insulina como ocorre no diabetes mellitus tipo I produz o efeito contrário captação diminuída de K pelas células e hipercalemia Quando a pessoa com diabetes mellitus tipo I não tratado ingere refeição contendo K esse permanecerá no LEC pois a insulina não estará disponível para promover sua captação pelas células De modo oposto altos níveis de insulina podem produzir hipocalemia Anormalidades Acidobásicas Anormalidades acidobásicas estão frequentemente associadas aos distúrbios relacionados ao K Um dos mecanismos que fundamentam o balanço interno de K envolve a troca HK através das membranas celulares Essas trocas são úteis porque 521 o LIC tem considerável capacidade de tamponamento para o K A fim de usar vantajosamente esses tampões o H deve entrar ou deixar as células Contudo para preservar a eletroneutralidade o H não pode entrar ou sair das células por ele mesmo em vez disso ele deve ser acompanhado por um ânion ou ser trocado por outro cátion Quando o H é trocado por outro cátion esse cátion é o K Na alcalemia a concentração de H no sangue está diminuída o H deixa as células e o K entra produzindo hipocalemia Por outro lado na acidemia a concentração de H no sangue está aumentada o H entra nas células e o K sai produzindo hipercalemia Os distúrbios acidobásicos nem sempre produzem o deslocamento do K através das membranas celulares e é importante considerar as seguintes exceções primeira a acidose respiratória e a alcalose respiratória tipicamente não causam o deslocamento do K porque essas condições são causadas por distúrbio primário do CO2 Como o CO2 é lipossolúvel ele atravessa livremente as membranas celulares e não necessita da troca com o K para preservar a eletroneutralidade Segunda várias formas de acidose metabólica são causadas por excesso de ácido orgânico p ex ácido lático cetoácidos ou ácido salicílico que não necessitam do deslocamento de K Quando um ânion como o lactato está disponível para entrar na célula com o H a eletroneutralidade é preservada O Capítulo 7 aborda as condições em que o distúrbio acidobásico causa deslocamento de K e quando não causa Agonistas e Antagonistas Adrenérgicos As catecolaminas alteram a distribuição do K através das membranas celulares por meio de dois receptores e mecanismos distintos A ativação dos receptores β2 adrenérgicos por agonistas β2 p ex albuterol por meio do aumento da atividade da NaK ATPase provoca o deslocamento de K para dentro das células podendo causar hipocalemia Por outro lado a ativação dos receptores αadrenérgicos promove o deslocamento do K para fora das células podendo causar hipercalemia Os efeitos dos antagonistas adrenérgicos sobre a concentração de K no sangue também podem ser previstos os antagonistas β2 adrenérgicos p ex propranolol causam deslocamento de K para fora das células e os antagonistas αadrenérgicos causam deslocamento de K para dentro das células Osmolaridade Hiperosmolaridade osmolaridade aumentada do LEC causa deslocamento de K para fora das células O mecanismo envolve o fluxo de água através das membranas celulares que ocorre em resposta à alteração da osmolaridade do LEC Por exemplo se a osmolaridade do LEC for aumentada a água irá fluir do LIC para o LEC por causa do gradiente osmótico Conforme a água deixa as células a concentração de K intracelular aumenta o que então impulsiona a difusão do K do LIC para o LEC Forma mais simples de visualizar esse mecanismo é considerar a água fluindo do LIC para o LEC e arrastando o K com ela 522 Lise Celular A lise celular destruição das membranas celulares libera grande quantidade de K do LIC e causa hipercalemia Exemplos de lise celular incluem queimaduras rabdomiólise destruição do músculo esquelético e destruição de células cancerosas durante quimioterapia Exercício O exercício promove perda de K pelas células a depleção do ATP celular abre os canais de K nas membranas celulares dos músculos e o K sai das células seguindo seu gradiente eletroquímico Nas condições usuais essa saída é pequena produzindo apenas aumento discreto da concentração sanguínea de K que é revertido durante o período de repouso seguinte No entanto em pessoa tratada com antagonistas β2 adrenérgicos que independentemente produzem deslocamentos de K para fora das células ou nas com função renal prejudicada nas quais o K não pode ser adequadamente excretado exercícios extenuantes podem produzir hipercalemia Devemos ainda considerar que o deslocamento de K para fora das células ajuda no controle local do fluxo sanguíneo para o músculo esquelético em exercício Relembre que o fluxo sanguíneo para o músculo em exercício é controlado por metabólitos vasodilatadores e um deles é o K Como o K é liberado pelas células durante o exercício ele atua diretamente sobre as arteríolas do músculo esquelético dilatando as e aumentando o fluxo sanguíneo local Balanço Externo do K Mecanismos Renais A cada dia a excreção urinária de K é exatamente igual ao K ingerido da dieta menos as pequenas quantidades de K perdidas pelo corpo pelas vias extrarrenais como o sistema gastrointestinal ou o suor O conceito fisiológico de balanço é agora familiar Uma pessoa está em balanço de K quando a excreção desse íon for igual à sua ingestão Se a excreção de K for menor do que a ingestão então a pessoa está em balanço positivo de K e pode ocorrer hipercalemia Se a excreção de K for maior do que a ingestão então a pessoa está em balanço negativo de K e pode ocorrer hipocalemia A manutenção do balanço de K é um desafio individual porque a ingestão de K na alimentação é variável de 50 a 150 mEqdia de uma pessoa para outra e na mesma pessoa em diferentes momentos Assim os mecanismos renais responsáveis pelo balanço externo de K devem ser suficientemente dinâmicos para assegurar que a excreção de K se iguale à ingestão dentro de faixa bastante ampla Para permitir que isso aconteça o K é processado nos rins pela combinação de mecanismos de filtração reabsorção e secreção Fig 631 523 FIGURA 631 Processamento do K no néfron As setas mostram os locais de reabsorção e secreção os números são as porcentagens da carga filtrada reabsorvida secretada ou excretada Filtração O K não está ligado às proteínas plasmáticas e é livremente filtrado pelos capilares glomerulares O túbulo convoluto proximal reabsorve cerca de 67 da carga filtrada de K como parte da reabsorção do líquido isosmótico O ramo ascendente espesso reabsorve 20 adicionais da carga filtrada de K Relembre da discussão sobre a reabsorção de Na que o K entra nas células do ramo ascendente espesso pelo cotransportador NaK2Cl e deixa a célula por uma das duas vias possíveis o K pode difundirse através da membrana basolateral por meio dos canais de K para ser reabsorvido ou o K pode difundirse de volta ao lúmen o que não resulta em reabsorção mas cria a diferença de potencial lúmenpositivo através das células do ramo ascendente espesso O túbulo distal e ductos coletores são responsáveis pelos ajustes na excreção de K que ocorrem quando varia o K alimentar Esses segmentos reabsorvem ou secretam K conforme a necessidade a fim de manter o balanço de K 524 No caso de pessoa com baixa ingestão alimentar de K ocorre reabsorção adicional de K pelas células intercaladas α do trecho final do túbulo distal e dos ductos coletores Com dieta com baixo teor de K a excreção urinária pode ser tão baixa quanto 1 da carga filtrada Embora mais comumente em pessoas com alimentação normal ou rica em K o K é secretado pelas células principais do trecho final do túbulo distal e do ducto coletor A intensidade dessa secreção de K é variável dependendo da quantidade de K ingerida na alimentação e de vários outros fatores incluindo a ação dos mineralocorticoides o estado acidobásico e a intensidade do fluxo A excreção urinária de K pode ser de até 110 da carga filtrada Devese prestar muita atenção ao processamento do K no trecho final do túbulo distal e dos ductos coletores porque esses segmentos executam o ajuste fino da excreção de K para manter seu balanço A reabsorção de K no túbulo convoluto proximal e no ramo ascendente espesso é constante em muitas condições Reabsorção de K pelas Células Intercaladas α Quando a pessoa tem dieta pobre em K o K pode ser reabsorvido nos segmentos terminais do néfron pelas células intercaladas α Fig 632A Resumidamente a membrana luminal dessas células contém a HK ATPase semelhante à HKATPase das células parietais gástricas A HK ATPase é o mecanismo de transporte ativo primário principal que bombeia H de dentro da célula para o lúmen e simultaneamente bombeia K do lúmen para dentro da célula O K então se difunde da célula para o sangue é reabsorvido via canais de K Na Figura 632A outra ATPase a H ATPase também é mostrada na membrana luminal Ela não está associada à função de reabsorção de K nas células intercaladas α mas será discutida no balanço acidobásico no Capítulo 7 525 FIGURA 632 Mecanismos celulares da reabsorção de K nas células intercaladas α A e de secreção de K nas células principais B do trecho final do túbulo distal e ducto coletor ATP Trifosfato de adenosina Secreção de K pelas Células Principais A função das células principais é secretar K em vez de reabsorver Assim os mecanismos celulares nas células principais diferem daqueles presentes nas intercaladas α O diagrama da célula principal na Figura 632B deve ser familiar uma vez que esse tipo celular já foi previamente abordado com relação à reabsorção de Na Fig 627 526 A secreção de K é a transferência efetiva de K do sangue para dentro do lúmen O K é trazido para o interior da célula vindo do sangue pela NaK ATPase que é responsável por manter a alta concentração de K intracelular Tanto a membrana luminal quanto a membrana basolateral têm canais de K e assim teoricamente o K pode difundirse para o lúmen do néfron secreção ou voltar para o sangue A permeabilidade ao K e a magnitude do gradiente eletroquímico do K são mais elevados na membrana luminal assim grande parte do K se difunde através da membrana luminal em vez de ser reciclado através da membrana basolateral para o sangue Para maior clareza os canais de K basolaterais foram omitidos da figura O princípio mais importante para se compreender os fatores que alteram a secreção de K é que a magnitude da secreção de K é determinada pela magnitude do gradiente eletroquímico de K através da membrana luminal Aplicandose esse princípio é fácil prever os efeitos da aldosterona de distúrbios acidobásicos do K ingerido na alimentação e da intensidade do fluxo diuréticos Qualquer fator que aumente a magnitude do gradiente eletroquímico do K através da membrana luminal aumentará a secreção de K de modo contrário qualquer fator que diminua seu gradiente eletroquímico diminuirá a secreção de K Tabela 69 Tabela 69 Regulação da Secreção de K pelas Células Principais Causas da Secreção Aumentada de K Causas da Secreção Diminuída de K Alimentação rica em K Alimentação pobre em K Hiperaldosteronismo Hipoaldosteronismo Alcalose Acidose Diuréticos tiazídicos Diuréticos poupadores de K Diuréticos de alça Ânions luminais K da dieta Tem sido enfatizado que o mecanismo fundamental para manter o balanço externo de K envolve alterações da secreção de K pelas células principais Sabendose disso é fácil entender a resposta do organismo ao K aumentado da dieta o K ingerido penetra nas células auxiliado pela resposta da insulina à alimentação e eleva o conteúdo e a concentração intracelulares de K Quando a concentração intracelular de K das células principais aumenta a força impulsora para a secreção de K através da membrana luminal também aumenta e o K ingerido é excretado na urina Ao contrário quando a pessoa ingere alimentos com baixo teor de K as células principais ficam relativamente privadas de K a concentração intracelular de K diminui o que diminui a força impulsora para a secreção de K Com alimentação de baixo teor de K além da secreção diminuída de K pelas células principais ocorre aumento da reabsorção de K pelas células intercaladas α Juntos os dois efeitos são responsáveis pelas intensidades baixas de excreção de K 527 Aldosterona A aldosterona aumenta a secreção de K pelas células principais Relembre o efeito da aldosterona na reabsorção de Na que foi discutido antes a aldosterona aumenta a reabsorção de Na pelas células principais pela indução da síntese dos canais de Na da membrana luminal e da NaK ATPase da membrana basolateral Essas ações sobre a reabsorção de Na estão relacionadas à secreção de K como discutido a seguir primeiro a aldosterona induz a síntese de mais canais de Na na membrana luminal o que aumenta a entrada de Na na célula e provê mais Na para a NaK ATPase Quanto mais Na é bombeado para fora da célula mais K será simultaneamente bombeado para o interior da célula Segundo a aldosterona aumenta a quantidade de NaK ATPase além de aumentar a quantidade de K bombeado para o interior da célula Juntos os dois efeitos elevam a concentração intracelular de K o que aumenta a força impulsora para a secreção de K da célula para o lúmen Finalmente como efeito distinto a aldosterona aumenta o número de canais de K na membrana luminal o que se soma à força impulsora para aumentar a secreção de K Essa discussão dos efeitos da aldosterona sobre a reabsorção de Na enfatiza a íntima relação entre a reabsorção de Na e a secreção de K pelas células principais Como descrito grande parte do efeito da aldosterona na secreção de K é secundária ao seu efeito na reabsorção do Na Outras situações também demonstram essa relação e dois exemplos estão aqui incluídos O primeiro exemplo é o de pessoa que ingere alimentação com alto teor de Na Essa pessoa terá a excreção de Na aumentada como esperado para manter o balanço de Na e também excreção aumentada de K A explicação para a excreção aumentada de K é o aumento da chegada de Na às células principais Quanto mais Na é fornecido às células principais mais Na entra na célula pela membrana luminal mais Na é expulso das células pela NaK ATPase e mais K é bombeado para o interior da célula o que aumenta a força impulsora para a secreção do K O segundo exemplo é de pessoa tratada com diuréticos Os diuréticos de alça e os diuréticos tiazídicos inibem a reabsorção de Na antes das células principais causando aumento do fornecimento de Na para as células principais O mecanismo discutido para a alimentação rica em Na pode ser aplicado novamente nesse caso mais Na é fornecido às células principais mais Na é reabsorvido e mais K é secretado Quadro 62 Quadro 62 F isiologia C línica H iperaldosteronismo P rimário Descrição do caso Homem de 50 anos é encaminhado a seu médico para avaliação do quadro de fraqueza e hipertensão No exame físico suas pressões sanguíneas sistólica e diastólica estavam elevadas 160110 na posição deitada Os seguintes valores foram obtidos para o sangue e para a urina 528 Sangue venoso Urina Na 142 mEqL Na 60 mEqL normal K 21 mEqL K 55 mEqL alto Cl 98 mEqL Osmolaridade 520 mOsmL Osmolaridade 289 mOsmL Explicação do caso O exame físico do homem era notável pela hipertensão o que sugere expansão de volume do LEC O aumento do volume do LEC e o aumento do volume sanguíneo explicam os aumentos das pressões sistólica e diastólica Como a Na plasmática e a osmolaridade estão normais podese concluir que seu conteúdo de água corporal está normal em relação ao conteúdo de soluto Portanto o homem deve ter tido aumento do conteúdo de Na corporal total com aumento proporcional do conteúdo de água A combinação do aumento do conteúdo corporal de Na e de água é responsável pelo aumento do volume do LEC O homem tem redução acentuada da concentração plasmática de K com aumento da excreção urinária de K Embora possa parecer que a excreção renal de K tivesse que ficar reduzida frente a tão baixos níveis de K plasmático essas observações devem ser reconsideradas concluindose que o baixo nível plasmático de K é causado pelo aumento da excreção urinária de K Todos os achados nesse paciente podem ser explicados pelo diagnóstico de tumor secretor de aldosterona na zona glomerulosa da glândula suprarrenal resultando em hiperaldosteronismo primário síndrome de Conn Os altos níveis circulantes de aldosterona têm dois efeitos sobre as células principais do trecho final do túbulo distal e ductos coletores aumento da reabsorção de Na e aumento da secreção de K As consequências do aumento na secreção de K são diretas aumento da secreção de K pelas células principais causa aumento na excreção urinária de K e redução da K plasmática Contudo a observação de níveis normais do Na excretado na urina é algo intrigante O efeito direto da aldosterona nas células principais é o aumento da reabsorção de Na e a Na excretada na urina deve estar diminuída O aumento na reabsorção de Na pode então produzir aumento do conteúdo de Na no LEC e aumento do volume do LEC Existe no entanto segundo efeito da expansão do volume do LEC sobre o túbulo proximal a expansão de volume do LEC inibe a reabsorção no túbulo proximal que é chamada escape da aldosterona ou escape mineralocorticoide Assim devido ao escape da aldosterona o Na urinário nesse homem é mais alto do que se a aldosterona apenas apresentasse o efeito direto sobre as células principais Tratamento A hipertensão do paciente pode ser tratada pela remoção do tumor da suprarrenal Enquanto aguarda a cirurgia ele é colocado sob a ação da espironolactona antagonista de aldosterona e em dieta restritiva de Na A espironolactona bloqueia todos os efeitos da aldosterona sobre as células principais A reabsorção de Na é 529 reduzida aos níveis normais reduzindo o volume do LEC e a secreção de K também é reduzida aos níveis normais aumentando a K plasmática Após a cirurgia sua pressão sanguínea retorna aos níveis normais e as análises química sanguínea e urinária retornam ao normal Distúrbios acidobásicos Os distúrbios acidobásicos podem exercer efeitos profundos sobre a concentração sanguínea de K atribuídos às alterações da secreção de K pelas células principais Em geral a alcalose aumenta a secreção de K e a acidose a diminui A troca de íons H e K através da membrana celular basolateral garante esses efeitos conforme explicado adiante Na alcalose ocorre déficit de H no LEC O H deixa as células para participar do tamponamento e o K entra nas células para manter a eletroneutralidade A concentração aumentada de K intracelular aumenta a força impulsora para a secreção de K causando hipocalemia Na acidose ocorre excesso de H no LEC O H entra nas células para o tamponamento e o K deixa as células para manter a eletroneutralidade A concentração intracelular de K diminui o que reduz a força impulsora para secreção de K causando hipercalemia Diuréticos Os diuréticos mais comumente usados os diuréticos de alça e os diuréticos tiazídicos provocam aumento da excreção de K ou caliurese Dessa forma um efeito colateral importante da terapia com diuréticos é a hipocalemia A base para a excreção de K induzida por diuréticos é a secreção aumentada de K pelas células principais por meio do mecanismo explicado na seção anterior Os diuréticos de alça e os diuréticos tiazídicos inibem a reabsorção de K antes do local da secreção de K no ramo ascendente espesso e no trecho inicial do túbulo distal respectivamente fornecendo mais Na para as células principais Quando mais Na chega às células principais mais Na entra nas células através da membrana luminal e mais Na é expelido das células pela NaK ATPase Simultaneamente mais Na será bombeado para o interior das células o que aumenta a concentração intracelular do íon e a força impulsora para a secreção de K O segundo fator que contribui para a secreção aumentada de K é a intensidade aumentada do fluxo produzida por esses diuréticos Quando aumenta a intensidade do fluxo que passa pelo trecho final do túbulo distal e pelos ductos coletores a concentração de K luminal é diluída o que aumenta a força impulsora para a secreção de K A força impulsora através da membrana luminal pode ser aumentada tanto pelo aumento da concentração intracelular de K quanto pela diminuição da concentração luminal de K Os diuréticos de alça mas não os diuréticos tiazídicos também causam aumento da excreção de K pela inibição do cotransportador NaK2Cl resultando na inibição da reabsorção de K no ramo ascendente espesso Esse efeito direto no ramo ascendente espesso combinado com a secreção aumentada de K pelas células principais prevê que os diuréticos de alça produzirão intensa caliurese e hipocalemia Os diuréticos poupadores de K p ex espironolactona amilorida e triantereno 530 são os únicos diuréticos que não causam caliurese Como já explicado esses diuréticos inibem todas as ações da aldosterona nas células principais e assim inibem a secreção de K A principal aplicação dos diuréticos poupadores de K é em combinação com os diuréticos de alça ou com os diuréticos tiazídicos para compensar a caliurese e a hipocalemia produzida por estes fármacos Ânions luminais A presença de grandes ânions p ex sulfato e HCO3 no lúmen do túbulo distal e dos ductos coletores aumenta a secreção de K Tais ânions não reabsorvíveis aumentam a eletronegatividade do lúmen e dessa forma aumentam a força eletroquímica para a secreção de K Balanço de fosfato cálcio e magnésio Fosfato O fosfato desempenha um papel fundamental no organismo como constituinte dos ossos e como tampão urinário para o H Uma vez que os rins regulam a concentração de fosfato no sangue os mecanismos renais merecem atenção especial A homeostasia global do fosfato e a sua regulação hormonal serão abordadas no Capítulo 9 O fosfato está presente em sua maior parte na matriz óssea 85 e o restante do fosfato do organismo está dividido entre o LIC 15 e o LEC 05 No LIC o fosfato é um componente dos nucleotídeos DNA e RNA das moléculas de alta energia p ex ATP e de intermediários metabólicos No LEC o fosfato está presente na sua forma inorgânica e serve como tampão de H Cerca de 10 do fosfato no plasma estão ligados a proteínas O processamento renal do fosfato é ilustrado na Figura 633 O fosfato que não está ligado às proteínas plasmáticas 90 é filtrado pelos capilares glomerulares Subsequentemente cerca de 70 da carga filtrada são reabsorvidos no túbulo convoluto proximal e 15 da carga filtrada são reabsorvidos no túbulo reto proximal Em nível celular a reabsorção de fosfato é realizada por cotransportador Nafosfato na membrana luminal das células do túbulo proximal Fig 620 De modo semelhante à reabsorção da glicose a reabsorção do fosfato é saturável e exibe um Tm Quando o Tm é alcançado o fosfato que não foi reabsorvido será excretado Afirmar que o fosfato é reabsorvido nos segmentos finais do néfron p ex no túbulo distal é discutível mas parece depender do nível do fosfato ingerido na alimentação e do hormônio da paratireoide paratormônio Quando comparada a outras substâncias p ex Na Cl HCO3 e glicose a excreção de 15 da carga filtrada de fosfato é uma alta porcentagem O nível comparativamente alto da excreção de fosfato é importante sob o ponto de vista fisiológico porque o fosfato não reabsorvido servirá como tampão urinário de H chamado ácido titulável Capítulo 7 531 FIGURA 633 Processamento do fosfato pelo néfron As setas mostram os locais de reabsorção de fosfato os números são as porcentagens da carga filtrada reabsorvida ou excretada PTH Paratormônio O paratormônio PTH regula a reabsorção do fosfato no túbulo proximal pela inibição do cotransportador Nafosfato e como consequência diminui o Tm para a reabsorção do fosfato Quando o PTH inibe a reabsorção de fosfato causa fosfatúria a excreção urinária aumentada de fosfato No contexto dessa ação é significativo que pouca ou nenhuma reabsorção de fosfato ocorra além do túbulo proximal O PTH inibe a reabsorção de fosfato no túbulo proximal e o fosfato não reabsorvido é então excretado uma vez que os segmentos adiante do túbulo proximal têm pouca ou nenhuma capacidade de reabsorção de fosfato Em nível celular o mecanismo de ação do PTH envolve a ligação do hormônio a receptor basolateral nas células do túbulo proximal que está acoplado à adenilato 532 ciclase via proteína Gs Quando ativado a adenilato ciclase catalisa a conversão do ATP em monofosfato cíclico de adenosina AMPc o segundo mensageiro A seguir o AMPc ativa série de proteinocinases que fosforilam os componentes da membrana luminal A etapa final nessa sequência é a inibição do cotransporte Nafosfato Além disso a membrana luminal do túbulo proximal contém transportador para o AMPc e assim o AMPc se difunde para o lúmen e é excretado O AMPc urinário aumentado e a fosfatúria são as marcas registradas do PTH Um defeito no receptor da proteína Gs ou no complexo da adenilato ciclase causa um distúrbio hereditário chamado pseudohipoparatireoidismo Nesse distúrbio as células renais são resistentes à ação do PTH Embora os níveis de PTH circulante estejam elevados o PTH não pode produzir seu efeito fosfatúrico característico e tanto o fosfato urinário quanto o AMPc estão diminuídos Cálcio Como o fosfato a maior parte do cálcio Ca2 do organismo está contida nos ossos 99 O 1 restante está presente no LIC majoritariamente na forma ligada e no LEC A concentração total de Ca2 no plasma é de 5 mEqL ou 10 mgdL Do total de Ca2 plasmático 40 estão ligados às proteínas plasmáticas 10 estão ligados a outros ânions como fosfato e citrato e 50 estão na forma ionizada livre A concentração plasmática de Ca2 é regulada pelo PTH envolvendo interação complexa entre os ossos o trato gastrointestinal e os rins Como o fosfato os mecanismos renais são parte integral na homeostasia global do Ca2 como discutido no Capítulo 9 O processamento renal do Ca2 é ilustrado na Figura 634 O padrão de reabsorção do Ca2 ao longo do néfron é bastante similar ao padrão da reabsorção do Na Fig 6 19 Como o Na mais de 99 do Ca2 filtrado são reabsorvidos deixando menos de 1 para ser excretado A reabsorção de Ca2 é fortemente acoplada à reabsorção de Na no túbulo proximal e na alça de Henle e somente no túbulo distal a reabsorção desses dois íons é dissociada 533 FIGURA 634 Processamento do Ca2 pelo néfron As setas mostram os locais de reabsorção do Ca2 os números são as porcentagens da carga filtrada reabsorvida ou excretada PTH Paratormônio Filtração O Ca2 difere do Na na etapa de filtração Qualquer Ca2 ligado a proteínas do plasma ie 40 do Ca2 total não pode ser filtrado pelos capilares glomerulares portanto somente 60 são ultrafiltráveis Para se calcular a carga filtrada de Ca2 é aplicada correção que considera a ligação desse íon a proteínas Se a TFG é de 180 Ldia e o Ca2 plasmático total é de 5 mEqL então a carga filtrada de Ca2 é de 540 mEqdia 180 Ldia 5 mEqL 060 Túbulo proximal O Ca2 acompanha paralelamente a reabsorção de Na no túbulo proximal pelo fato de que 67 da sua carga filtrada são reabsorvidos exatamente a mesma porcentagem que a reabsorção de Na Na verdade a reabsorção de Ca2 está intimamente acoplada à reabsorção de Na no túbulo proximal Por exemplo 534 quando a reabsorção de Na é inibida pela expansão de volume a reabsorção de Ca2 é simultaneamente inibida quando a reabsorção de Na é estimulada pela contração de volume isso também ocorre com a reabsorção do Ca2 Ramo ascendente espesso da alça de Henle Como ocorre com o Na 25 da carga filtrada de Ca2 são reabsorvidos pelo ramo ascendente espesso da alça de Henle Nesse segmento a reabsorção de Ca2 ocorre por meio da via paracelular entre células e é fortemente acoplada à reabsorção de Na O mecanismo de acoplamento no ramo ascendente espesso depende da diferença de potencial lúmenpositivo gerada pelo cotransportador NaK2Cl Esse potencial lúmen positivo normalmente impulsiona a reabsorção de cátions divalentes como o Ca2 pois cargas positivas se repelem O acoplamento das reabsorções do Ca2 e do Na no ramo ascendente espesso tem importante implicação para a ação diurética os diuréticos de alça como a furosemida inibem a reabsorção de Ca2 no mesmo grau que inibem a reabsorção do Na O mecanismo é a inibição do cotransportador Na K2Cl e a eliminação do potencial lúmenpositivo extinguindo assim a força impulsora de reabsorção paracelular do Ca2 Essa ação dos diuréticos de alça fundamenta sua utilização no tratamento da hipercalcemia Túbulo distal O túbulo distal reabsorve cerca de 8 da carga filtrada de Ca2 Embora essa seja uma quantidade menor do que a reabsorvida nos segmentos iniciais do néfron o túbulo distal é o local da regulação da reabsorção do Ca2 Os seguintes três pontos sobre a regulação no túbulo distal merecem ser destacados 1 O túbulo distal é o único segmento do néfron no qual a reabsorção do Ca2 não está diretamente acoplada à reabsorção do Na Em outras palavras as reabsorções do Ca2 e do Na no túbulo distal não são necessariamente semelhantes como elas o são no túbulo proximal e no ramo ascendente espesso O desacoplamento das reabsorções do Ca2 e do Na é ilustrado pela ação dos diuréticos tiazídicos item 3 a seguir 2 Não somente a reabsorção distal do Ca2 é desacoplada da reabsorção do Na como também ela tem seu próprio hormônio regulador o PTH No túbulo distal o PTH aumenta a reabsorção de Ca2 por meio de receptor na membrana basolateral da ativação da adenilato ciclase e da geração de AMPc como segundo mensageiro Essa ação do PTH no túbulo distal é chamada sua ação hipocalciúrica Assim o PTH tem dois efeitos sobre o néfron ambos mediados pelo AMPc uma ação fosfatúrica no túbulo proximal e uma ação hipocalciúrica no túbulo distal 3 Devido ao desacoplamento das reabsorções distais do Ca2 e do Na o efeito dos diuréticos tiazídicos na reabsorção do Ca2 difere totalmente dos efeitos dos diuréticos que agem no túbulo proximal ou no ramo ascendente espesso Os diuréticos tiazídicos aumentam a reabsorção de Ca2 enquanto as outras classes de diuréticos a diminuem Relembre que os diuréticos tiazídicos inibem a reabsorção de Na no trecho inicial do túbulo distal pela inibição do cotransporte NaCl aumentando assim a excreção de Na No entanto o efeito sobre a reabsorção do Ca2 é o exato oposto os diuréticos tiazídicos aumentam a reabsorção de Ca2 e diminuem a excreção de Ca2 Essa ação dos tiazídicos forma a base para sua utilização no tratamento da hipercalciúria idiopática significando aumento da excreção urinária de Ca2 de etiologia 535 desconhecida A administração de diuréticos tiazídicos aumenta a reabsorção de Ca2 reduz a excreção urinária e diminui a probabilidade de formação de cálculos de Ca2 Magnésio Em vários aspectos o padrão de reabsorção do magnésio Mg2 difere dos padrões de reabsorção do Na e do Ca2 A reabsorção global do Mg2 pelo néfron é de 95 deixando 5 para a excreção que é porcentagem mais alta do que para outras substâncias Fig 635 Vinte por cento do Mg2 plasmático estão ligados a proteínas e 80 são filtráveis pelos capilares glomerulares No túbulo proximal 30 da carga filtrada são reabsorvidos porcentagem pequena se comparada ao Na e ao Ca2 67 para ambos Ao contrário dos outros segmentos o principal local de reabsorção de Mg2 é o ramo ascendente espesso onde 60 da carga filtrada são reabsorvidos Como o Ca2 a reabsorção de Mg2 no ramo ascendente espesso é impulsionada pela diferença de potencial lúmenpositivo Aqui novamente os diuréticos de alça inibem fortemente a reabsorção do Mg2 e aumentam sua excreção o que pode levar à hipomagnesemia No túbulo distal pequena porcentagem 5 do Mg2 é reabsorvida 536 FIGURA 635 Processamento do Mg2 pelo néfron As setas mostram os locais de reabsorção do Mg2 os números são as porcentagens da carga filtrada reabsorvida ou excretada Balanço hídrico concentração e diluição da urina A osmolaridade dos líquidos corporais é mantida em cerca de 290 mOsmL por simplicidade 300 mOsmL por processos chamados de osmorregulação Até mesmo pequenos desvios da osmolaridade dos líquidos corporais produzem um conjunto de respostas hormonais que alteram a reabsorção de água pelos rins na tentativa de retornar a osmolaridade a seus valores normais Esses mecanismos renais de reabsorção de 537 água são responsáveis por manter constante a osmolaridade dos líquidos corporais Como outros mecanismos regulatórios renais o controle do balanço hídrico é realizado no nível do trecho final do túbulo distal e ducto coletor Variações da reabsorção de água produzem variações da osmolaridade da urina A osmolaridade da urina pode variar de valores baixos como 50 mOsmL até tão altos quanto 1200 mOsmL Os seguintes termos são utilizados para descrever a osmolaridade da urina Quando sua osmolaridade for igual à osmolaridade do sangue ela será chamada de urina isosmótica Quando a osmolaridade da urina for maior do que a osmolaridade do sangue ela será chamada de urina hiperosmótica Quando a osmolaridade da urina for menor que a osmolaridade do sangue ela será chamada de urina hiposmótica Regulação da Osmolaridade dos Líquidos Corporais A regulação da osmolaridade dos líquidos corporais é mais bem ilustrada por dois exemplos muito comuns O primeiro exemplo é a resposta do organismo à privação de água o segundo é a resposta do organismo à ingestão de água Resposta à Privação de Água A Figura 636 mostra os eventos que ocorrem quando a pessoa é privada de beber água p ex pessoa perdida no deserto por 12 horas sem fonte de água potável Os números em círculos na figura indicam as seguintes etapas 538 FIGURA 636 Respostas à privação de água Veja no texto a explicação dos números circulados ADH Hormônio antidiurético 1 A água é continuamente perdida pelo corpo no suor e no vapor de água liberado pela boca e pelo nariz chamado de perda de água insensível Se a água não é reposta por ingestão a osmolaridade plasmática aumenta 2 O aumento da osmolaridade estimula osmorreceptores no hipotálamo anterior extremamente sensíveis e detectam aumentos na osmolaridade de menos de 1 mOsmL 3 A estimulação de osmorreceptores hipotalâmicos tem dois efeitos Ela estimula a sede que motiva o comportamento de ingestão de água Ela também estimula a secreção de ADH pela glândula hipófise posterior 4 A glândula hipófise posterior secreta ADH O ADH circula no sangue e alcança os 539 rins onde produz o aumento da permeabilidade à água nas células principais do trecho final do túbulo distal e ducto coletor 5 O aumento da permeabilidade à água resulta do aumento da reabsorção de água 5a no trecho final do túbulo distal e ductos coletores À medida que mais água é reabsorvida por esses segmentos a osmolaridade da urina aumenta e o volume da urina diminui 5b 6 O aumento da reabsorção de água indica que mais água é levada de volta aos líquidos corporais Acoplada ao aumento da sede e ao comportamento de ingestão de água a osmolaridade plasmática é reduzida de volta a seu valor normal Esse sistema é exemplo elegante do feedback negativo pela qual o distúrbio original aumento da osmolaridade plasmática promove conjunto de respostas compensatórias secreção de ADH e aumento da reabsorção de água que restauram a osmolaridade do plasma ao seu valor normal Resposta à Ingestão de Água A Figura 637 mostra a série de eventos que ocorrem quando a pessoa bebe água Essas respostas serão fáceis de entender uma vez que elas são exatamente o oposto das descritas para a privação de água Novamente os números circulados na figura correspondem às seguintes etapas 540 FIGURA 637 Respostas à ingestão de água Veja no texto a explicação dos números circulados ADH Hormônio antidiurético 1 Quando a pessoa bebe água a água ingerida é distribuída por todos os líquidos corporais Como a quantidade de soluto no corpo não é alterada a água adicionada diluirá os líquidos corporais causando redução da osmolaridade plasmática 2 A redução da osmolaridade plasmática inibe os osmorreceptores no hipotálamo anterior 3 A inibição dos osmorreceptores tem dois efeitos Reduz a sede e suprime o comportamento de ingestão de água Também inibe a secreção de ADH pela hipófise posterior 4 Quando a secreção de ADH é inibida os níveis de ADH circulantes diminuem e menos ADH alcança os rins Como resultado dos níveis mais baixos de ADH ocorre 541 redução da permeabilidade das células principais do trecho final do túbulo distal e ductos coletores 5 A redução da permeabilidade à água provoca a diminuição de sua reabsorção pelo trecho final do túbulo distal e ductos coletores 5a A água que não é reabsorvida por esses segmentos é excretada reduzindo a osmolaridade da urina e aumentando o débito urinário 5b 6 Como menos água é reabsorvida menos água retorna à circulação Acoplada à inibição da sede e à supressão da ingestão de água a osmolaridade plasmática aumenta de volta ao valor normal Gradiente Osmótico Corticopapilar Para entender como os rins participam da osmorregulação é necessário primeiro apreciar a geração e o papel do gradiente osmótico corticopapilar De modo descritivo esse é o gradiente da osmolaridade no líquido intersticial do rim desde o córtex até a papila veja a Figura 61 para as divisões anatômicas dos rins A osmolaridade do córtex é de cerca de 300 mOsmL semelhante à osmolaridade de outros líquidos corporais Indo do córtex para a zona externa da medula a zona interna da medula e a papila a osmolaridade do líquido intersticial aumenta progressivamente Na extremidade da papila a osmolaridade pode ser de até 1200 mOsmL A questão que surge é sobre a origem do gradiente osmótico corticopapilar Que solutos contribuem para o gradiente osmótico e que mecanismos depositam esses solutos no líquido intersticial As respostas podem ser encontradas em dois processos o sistema multiplicador por contracorrente uma função das alças de Henle que levam NaCl para as regiões mais profundas do rim e a reciclagem da ureia função dos ductos coletores na zona interna da medula dos rins que deposita ureia Multiplicação por Contracorrente A multiplicação por contracorrente é função das alças de Henle Seu papel na formação do gradiente osmótico corticopapilar é levar o NaCl para o líquido intersticial das regiões profundas do rim A Figura 638 mostra alça de Henle isolada e o processo de multiplicação por contracorrente explicado subsequentemente de modo gradual Por questões didáticas a alça de Henle será inicialmente mostrada sem o gradiente corticopapilar e a osmolaridade será de 300 mOsmL ao longo de toda a alça e no líquido intersticial circundante A multiplicação por contracorrente vai estabelecer o gradiente de osmolaridade no líquido intersticial por processo em duas etapas A primeira é chamada de efeito único e a segunda é o fluxo do líquido tubular 542 FIGURA 638 Mecanismo de multiplicação por contracorrente na alça de Henle Veja no texto a explicação dos números circulados os números são as osmolaridades do líquido tubular e do líquido intersticial as setas mostram o sentido da direção do fluxo de líquido as linhas mais espessas indicam impermeabilidade à água no ramo ascendente Efeito isolado O efeito isolado referese à função do ramo ascendente espesso da alça de Henle No ramo ascendente espesso o NaCl é reabsorvido via cotransportador NaK2Cl Devido ao ramo ascendente espesso ser impermeável à água essa não é reabsorvida junto com o NaCl diluindo dessa forma o líquido tubular no ramo ascendente O NaCl que é transportado para fora do ramo ascendente entra no líquido intersticial aumentando sua osmolaridade Como o ramo descendente é permeável à água esta flui para fora do ramo descendente até sua osmolaridade aumentar ao nível do líquido intersticial adjacente Assim como resultado do efeito isolado a osmolaridade do ramo ascendente diminui e as osmolaridades do líquido intersticial e do ramo descendente aumentam O ADH aumenta a atividade do cotransportador NaK 2Cl e portanto amplifica o efeito isolado Por exemplo em condições onde os níveis circulantes de ADH são altos p ex desidratação o gradiente osmótico corticopapilar está aumentado em condições onde os níveis circulantes de ADH são baixos p ex diabetes insípido central o gradiente osmótico corticopapilar está diminuído Fluxo do líquido tubular O fato de a filtração glomerular ser processo sempre em andamento o líquido flui continuamente pelo néfron À medida que novo líquido entra no ramo descendente 543 provindo do túbulo proximal volume igual de líquido deve deixar o ramo ascendente e entrar no túbulo distal O novo líquido que entra o ramo descendente terá osmolaridade de 300 mOsmL pois vem do túbulo proximal Ao mesmo tempo o líquido com alta osmolaridade do ramo descendente gerado pelo efeito isolado é empurrado em direção à curvatura da alça de Henle O processo em duas etapas que estabelece o gradiente de osmolaridade corticopapilar é ilustrado na Figura 637 Novamente na etapa inicial a alça de Henle e o líquido intersticial circundante não apresentam o gradiente osmótico corticopapilar Os números em círculos na figura correspondem às seguintes etapas envolvidas em gerar o gradiente 1 Etapa 1 é o efeito isolado Como o NaCl é reabsorvido para fora do ramo ascendente e depositado no líquido intersticial circundante a água é deixada para trás no ramo ascendente Como resultado a osmolaridade do líquido intersticial aumenta para 400 mOsmL e o líquido no ramo ascendente é diluído para 200 mOsmL O líquido no ramo descendente se equilibra com o líquido intersticial e sua osmolaridade também passa a ser de 400 mOsmL 2 Etapa 2 é o fluxo do líquido Novo líquido com osmolaridade de 300 mOsmL entra no ramo descendente vindo do túbulo proximal e um volume igual de líquido é deslocado do ramo ascendente Como resultado desse deslocamento de líquido o líquido com alta osmolaridade do ramo descendente 400 mOsmL é empurrado para baixo em direção à curvatura da alça de Henle Mesmo nesse estágio inicial você pode ver que o gradiente osmótico corticopapilar começa a ser estabelecido 3 Etapa 3 é novamente o efeito isolado O NaCl é reabsorvido para fora do ramo ascendente e depositado no líquido intersticial e a água permanece para trás no ramo ascendente As osmolaridades do líquido intersticial e do líquido do ramo descendente aumentam adicionandose ao gradiente que estava estabelecido nas etapas anteriores A osmolaridade do líquido do ramo ascendente diminui ainda mais é diluída 4 Etapa 4 é novamente o fluxo de líquido Novo líquido com osmolaridade de 300 mOsmL entra no segmento descendente proveniente do túbulo proximal que desloca o líquido do segmento ascendente Como resultado da troca de líquidos o líquido de alta osmolaridade no ramo descendente é levado para diante em direção à curvatura da alça de Henle O gradiente de osmolaridade é agora maior do que era na etapa 2 Essas duas etapas básicas são repetidas até que o gradiente corticopapilar total seja estabelecido Como mostrado na Figura 638 cada repetição das duas etapas aumenta ou multiplica o gradiente A magnitude do gradiente osmótico corticopapilar depende do comprimento da alça de Henle Em seres humanos a osmolaridade do líquido intersticial na curvatura da alça de Henle é de 1200 mOsmL mas em espécies com alças de Henle mais longas p ex roedores do deserto a osmolaridade nessa curva pode chegar a até 3000 mOsmL Reciclagem da Ureia 544 A reciclagem da ureia pelos ductos coletores da medula interna é o segundo processo que contribui para o estabelecimento do gradiente osmótico corticopapilar O mecanismo de reciclagem da ureia é explicado na Figura 639 Os números em círculos na figura correspondem às seguintes etapas FIGURA 639 Mecanismo de reciclagem da ureia nos ductos coletores da zona interna da medula Veja no texto a explicação dos números circulados ADH Hormônio antidiurético LT líquido tubular UT1 transportador de ureia 1 1 Nos ductos coletores corticais e da zona externa da medula o ADH aumenta a permeabilidade da água mas não aumenta a permeabilidade da ureia Como resultado a água é reabsorvida dos ductos coletores corticais e da zona externa da medula mas a ureia permanece no líquido tubular 2 O efeito diferencial do ADH sobre a permeabilidade da água e da ureia nos ductos coletores corticais e da zona externa da medula provoca o aumento da concentração de ureia no líquido tubular 3 Nos ductos coletores da zona interna da medula o ADH aumenta a permeabilidade da água e aumenta o transportador de difusão facilitada da ureia UT1 ao contrário de seu efeito específico sobre a permeabilidade da água nos ductos coletores corticais e da zona externa da medula 4 Como a concentração de ureia no líquido tubular foi elevada por reabsorção da 545 água nos ductos coletores corticais e da zona externa da medula grande gradiente de concentração se estabelece para a ureia Em presença de ADH os ductos coletores da zona interna da medula podem transportar a ureia e a ureia se difunde a favor do seu gradiente de concentração para o líquido intersticial A ureia que seria excretada é reciclada na zona interna da medula onde é adicionada ao gradiente osmótico corticopapilar Como subentendido nesse mecanismo a reciclagem da ureia também depende do ADH Quando os níveis de ADH estão altos como na privação de água os efeitos de permeabilidade diferencial ocorrem e a ureia é reciclada para a zona interna da medula somandose ao gradiente de concentração corticopapilar Quando os níveis de ADH estão baixos como após a ingestão de água ou no diabetes insípido central os efeitos da permeabilidade diferencial não ocorrem e a ureia não é reciclada O efeito positivo do ADH sobre a reciclagem da ureia é o segundo mecanismo pelo qual o ADH aumenta o gradiente de concentração corticopapilar o primeiro é a estimulação do cotransportador NaK2Cl e o efeito isolado de multiplicação por contracorrente Assim o gradiente de concentração corticopapilar é maior quando os níveis de ADH estão altos p ex na privação de água SIADH do que quando os níveis de ADH estão mais baixos p ex após a ingestão de água diabetes insípido central Vasos Retos Os vasos retos são capilares que suprem a medula e a papila do rim Os vasos retos seguem o mesmo trajeto das alças de Henle e têm o mesmo formato em grampo de cabelo U Somente 5 do fluxo sanguíneo renal vão para a medula e o fluxo sanguíneo pelos vasos retos é especialmente reduzido Os vasos retos participam da troca por contracorrente que difere da multiplicação por contracorrente como se segue a multiplicação por contracorrente como descrita é processo ativo que estabelece o gradiente osmótico corticopapilar A troca por contracorrente é inteiramente processo passivo que ajuda na manutenção desse gradiente As propriedades passivas dos vasos retos são as mesmas de outros capilares eles são livremente permeáveis a solutos pequenos e à água O fluxo sanguíneo pelos vasos retos é lento e tanto o soluto quanto a água podemse deslocar para dentro e para fora permitindo troca eficiente por contracorrente A troca por contracorrente é ilustrada esquematicamente na Figura 640 A figura mostra um vaso reto isolado com seu ramo descendente e ascendente O sangue que entra no ramo descendente tem osmolaridade de 300 mOsmL Como esse sangue flui para baixo pelo ramo descendente ele é exposto ao líquido intersticial com osmolaridade mais alta o gradiente osmótico corticopapilar Uma vez que os vasos retos são capilares solutos pequenos como o NaCl e a ureia se difundem para dentro do ramo descendente e a água se difunde para fora permitindo que o sangue no ramo descendente dos vasos retos equilibre sua osmolaridade com a do líquido intersticial circundante Na curvatura dos vasos retos o sangue tem osmolaridade igual à do líquido intersticial na extremidade da papila 1200 mOsmL No ramo ascendente ocorre o evento oposto Como o sangue flui para cima no ramo ascendente ele é 546 exposto ao líquido intersticial que tem osmolaridade decrescente Os solutos pequenos se difundem para fora do ramo ascendente e a água se difunde para seu interior e o sangue no ramo ascendente dos vasos retos se equilibra com o líquido intersticial circundante FIGURA 640 Troca por contracorrente nos vasos retos vasa recta As setas contínuas em azulescuro mostram o sentido do movimento de soluto as setas tracejadas verdes mostram o sentido do movimento de água as setas largas em azul claro mostram o fluxo sanguíneo através dos vasos retos os números são as osmolaridades em mOsmL Na Figura 640 observe que o sangue que deixa os vasos retos tem osmolaridade de 325 mOsmL ligeiramente mais alta que a osmolaridade do sangue original que neles entrou Parte do soluto do gradiente osmótico corticopapilar foi captada e será levada de volta à circulação sistêmica Com o tempo esse processo poderia dissipar o gradiente osmótico corticopapilar Contudo o gradiente normalmente não se dissipa porque os mecanismos de multiplicação por contracorrente e de reciclagem da ureia recolocam continuamente qualquer soluto que tenha sido levado pelo fluxo sanguíneo Hormônio Antidiurético Como descrito na seção anterior o ADH tem três ações sobre o túbulo renal 1 Ele aumenta a permeabilidade à água das células principais do trecho final do túbulo 547 distal e dos ductos coletores 2 Ele aumenta a atividade do cotransportador Na K2Cl no ramo ascendente espesso aumentando a multiplicação por contracorrente e a amplitude do gradiente osmótico corticopapilar 3 Ele aumenta a permeabilidade à ureia nos ductos coletores medulares internos mas não nos ductos coletores corticais e medulares externos aumentando a reciclagem da ureia e a amplitude do gradiente osmótico corticopapilar Dessas ações o efeito sobre a permeabilidade à água das células principais é o mais conhecido e fisiologicamente o mais importante Na ausência de ADH as células principais são impermeáveis à água Em presença do ADH canais para a água ou aquaporinas são inseridos na membrana luminal das células principais tornandoas permeáveis à água As seguintes etapas estão envolvidas na ação do ADH sobre as células principais Fig 641 Estas etapas correspondem aos números circulados na figura FIGURA 641 Mecanismo celular de ação do hormônio antidiurético na célula principal do trecho final do túbulo distal e ducto coletor Veja no texto a explicação dos números circulados AC Adenilato ciclase ADH hormônio antidiurético AQP2 aquaporina ATP trifosfato de adenosina AMPc monofosfato cíclico de adenosina ou AMP cíclico Gs proteína G estimulatória R receptor V2 1 Quando os níveis circulantes de ADH são altos o ADH é levado para as células principais pelo sangue capilar peritubular Os receptores V2 para o ADH presentes 548 na membrana basolateral estão acoplados à adenilato ciclase via proteína G estimuladora Gs 2 Quando o ADH se liga aos receptores a adenilato ciclase é ativada e catalisa a conversão do ATP em AMPc 3e 4 O AMPc ativa a proteinocinase A A proteinocinase A ativada produz então a fosforilação de estruturas intracelulares A identidade dessas estruturas é incerta embora as possibilidades incluam microtúbulos e microfilamentos que estão envolvidos nos mecanismos intracelulares de transporte 5e 6 Após a etapa de fosforilação vesículas contendo canais de água são transportadas e inseridas na membrana luminal da célula principal aumentando sua permeabilidade à água O canal de água específico que é controlado pelo ADH é a aquaporina 2 AQP2 Utilizando microscopia eletrônica de fratura por congelamento os canais de água na membrana luminal podem ser visualizados em aglomerados chamados partículas intramembranosas A presença e o número de aglomerados de partículas intramembranosas se correlacionam à presença e a intensidade da permeabilidade à água nas células principais sugerindo que os aglomerados de partículas sejam a representação anatômica dos canais de água Produção de Urina Hiperosmótica Por definição a urina hiperosmótica ou concentrada tem osmolaridade mais alta que a osmolaridade do sangue A urina hiperosmótica é produzida quando os níveis circulantes de ADH estão elevados quando ocorre na privação de água ou na SIADH Os mecanismos são mostrados na Figura 642 549 FIGURA 642 Mecanismos de produção de urina hiperosmótica concentrada em presença do hormônio antidiurético ADH As setas mostram os locais de reabsorção de água as linhas espessas mostram as porções do néfron impermeáveis à água os números são a osmolaridade do líquido tubular ou líquido intersticial Etapas da Produção de Urina Hiperosmótica Antes de descrevermos o mecanismo em detalhes alguns comentários gerais devem ser feitos a respeito da forma da Figura 642 Os números na figura representam os valores da osmolaridade em vários pontos ao longo do néfron e no líquido intersticial As porções delineadas com linhas mais grossas nos ramos ascendente espesso e proximal do túbulo distal indicam que esses segmentos são impermeáveis à água As setas representam a reabsorção da água em diferentes segmentos do néfron 550 Observe que o filtrado glomerular inicialmente tem a mesma osmolaridade que o sangue 300 mOsmL mas a osmolaridade da urina é muito mais alta 1200 mOsmL do que a osmolaridade do sangue Observe ainda que o gradiente osmótico corticopapilar foi estabelecido pelo processo contínuo da multiplicação por contracorrente e pela reciclagem da ureia As duas questões básicas referentes à formação da urina hiperosmótica são Como o rim produz urina mais concentrada que o sangue e o que determina de quanto será a osmolaridade da urina As etapas seguintes estão envolvidas na produção de urina hiperosmótica 1 A osmolaridade do filtrado glomerular é idêntica à do sangue 300 mOsmL porque a água e os pequenos solutos são livremente filtrados A osmolaridade permanece em 300 mOsmL ao longo de todo o túbulo convoluto proximal mesmo se volume significativo de água for reabsorvido Isso ocorre porque a água é sempre reabsorvida na proporção exata do soluto ou seja o processo é isosmótico O processo isosmótico também pode ser expresso em termos de LTPosm no filtrado glomerular LTPosm 10 e permanece constante ao longo do túbulo proximal 2 No ramo ascendente espesso da alça de Henle o NaCl é reabsorvido por meio do cotransportador NaK2Cl No entanto como as células do ramo ascendente espesso são impermeáveis à água sua reabsorção não pode acompanhar a reabsorção do soluto Como o soluto é reabsorvido isoladamente a água permanece no túbulo e o líquido tubular é diluído A osmolaridade do líquido tubular que deixa esse segmento é de 100 mOsmL Portanto o ramo ascendente espesso é chamado de segmento diluidor 3 No trecho inicial do túbulo distal o NaCl é reabsorvido pelo cotransportador NaCl Da mesma forma que no ramo ascendente espesso as células do trecho inicial do túbulo distal são impermeáveis à água e a reabsorção da água não pode acompanhar a reabsorção do soluto Aí a osmolaridade do líquido tubular fica ainda menor diluída chegando a valores em torno de 80 mOsmL Assim o trecho inicial do túbulo distal também é conhecido como segmento diluidor cortical cortical porque o túbulo distal está localizado no córtex em vez da medula onde se localiza o ramo ascendente espesso 4 No trecho final do túbulo distal as células principais são permeáveis à água em presença de ADH Lembrese de que o líquido que entra no trecho final do túbulo distal está muito diluído 80 mOsmL Uma vez que as células são agora permeáveis à água essa flui para fora do líquido tubular por osmose impulsionada pelo gradiente osmótico através das células ie é reabsorvida A reabsorção da água continuará até que o líquido tubular equilibre sua osmolaridade com a do líquido intersticial circundante O líquido tubular que deixa o túbulo distal é equilibrado como líquido intersticial do córtex e tem osmolaridade de 300 mOsmL 5 Nos ductos coletores o mecanismo é o mesmo que foi descrito para o trecho final do túbulo distal As células principais dos ductos coletores são permeáveis à água em presença de ADH Como o líquido tubular flui ao longo dos ductos coletores ele é exposto ao líquido intersticial com osmolaridade crescente ie o gradiente osmótico corticopapilar A água será reabsorvida até que o líquido tubular se equilibre osmoticamente com o líquido intersticial circundante A urina final 551 atingirá a osmolaridade observada na extremidade da papila que nesse exemplo é de 1200 mOsmL As duas questões a respeito da produção de urina hiperosmótica foram respondidas Como a urina se torna hiperosmótica A urina se torna hiperosmótica em presença de ADH pela equilibração do líquido tubular nos ductos coletores com a alta osmolaridade do gradiente corticopapilar O gradiente corticopapilar é estabelecido pela multiplicação por contracorrente função das alças de Henle e pela reciclagem da ureia função dos ductos coletores medulares internos De quanto será a osmolaridade da urina A osmolaridade da urina final em presença de ADH será igual à osmolaridade na curvatura da alça de Henle na extremidade da papila SIADH Como previamente descrito a resposta apropriada à privação de água é a produção de urina hiperosmótica No entanto na síndrome da secreção inadequada do ADH SIADH a urina hiperosmótica é produzida inapropriadamente Tabela 610 Na SIADH os níveis circulantes dos hormônios ADH estão anormalmente elevados devido à excessiva secreção pelo lobo posterior da hipófise após doença encefálica ou à secreção de ADH por locais anormais como nos tumores pulmonares Nessas condições o ADH é secretado de forma autônoma sem estímulo osmótico em outras palavras o ADH é secretado quando não é necessário Na SIADH os elevados níveis de ADH aumentam a reabsorção de água no trecho final do túbulo distal e dos ductos coletores fazendo com que a urina fique hiperosmótica e diluindo a osmolaridade do plasma Normalmente a baixa osmolaridade do plasma inibe a secreção de ADH no entanto na SIADH a inibição por feedback não ocorre porque o ADH é secretado de forma autônoma O tratamento da SIADH consiste na administração de fármaco como a demeclociclina que inibe a ação do ADH nas células principais renais Tabela 610 Hormônio Antidiurético Exemplos de Fisiologia e Fisiopatologia Exemplo ADH Sérico Osmolaridade do Plasma Osmolaridade da Urina Intensidade do Fluxo Urinário Depuração da Água Livre DH2O Privação de água Altanormal Hiperosmótica Baixa Negativa SIADH Baixa reabsorção excessiva de água Hiperosmótica Baixa Negativa Ingestão de água Baixanormal Hiposmótica Alta Positiva Diabetes insípido central Alta excreção excessiva de água Hiposmótica Alta Positiva Diabetes insípido nefrogênico estimulado pela alta osmolaridade plasmática Alta excreção excessiva de água Hiposmótica Alta Positiva ADH Hormônio antidiurético SIADH síndrome da secreção inadequada do hormônio antidiurético 552 Produção de Urina Hiposmótica Por definição a urina hiposmótica diluída tem osmolaridade menor que a do sangue É produzida urina hiposmótica quando ocorrem baixos níveis circulantes de ADH p ex quando se ingere água ou no diabetes insípido central ou quando o ADH é ineficaz p ex no diabetes insípido nefrogênico Os mecanismos para a produção da urina hiposmótica são mostrados na Figura 642 Etapas na Produção da Urina Hiposmótica A forma da Figura 643 é semelhante à da Figura 642 Os números representam os valores da osmolaridade e a seta mostra a reabsorção de água A porção delineada pela linha espessa indica os segmentos do néfron que são impermeáveis à água que agora incluem o ramo ascendente espesso e todo o túbulo distal e os ductos coletores Repare que ainda existe o gradiente osmótico corticopapilar mas menor que o existente na presença do ADH Fig 642 O menor gradiente pode ser entendido a partir dos efeitos positivos que o ADH tem sobre a multiplicação por contracorrente e a reciclagem da ureia Na ausência de ADH esses processos são reduzidos e a amplitude do gradiente osmótico corticopapilar também está diminuída As questões básicas sobre a formação de urina hiposmótica são Como o rim produz urina que é menos concentrada do que o sangue e o que determina a osmolaridade tão baixa da urina As etapas seguintes estão envolvidas na produção da urina hiposmótica 553 FIGURA 643 Mecanismos de produção de urina hiposmótica diluída na ausência do hormônio antidiurético ADH A seta mostra o local de reabsorção de água as linhas espessas mostram as porções do néfron impermeáveis à água os números são a osmolaridade do líquido tubular ou líquido intersticial 1 A reabsorção no túbulo proximal não é afetada pelo ADH Assim na ausência de ADH o líquido é de novo reabsorvido isosmoticamente a osmolaridade do líquido tubular é de 300 mOsmL e o LTPosm 10 2 No ramo ascendente espesso da alça de Henle o NaCl é reabsorvido por meio do cotransportador NaK2Cl Contudo a água não é reabsorvida devido à impermeabilidade desse segmento assim o líquido tubular fica diluído e o líquido que deixa o ramo ascendente espesso tem osmolaridade de 120 mOsmL Observe que essa osmolaridade não é tão mais baixa do que em presença do ADH Fig 641 554 porque a etapa de diluição está diminuída na ausência de ADH o cotransportador NaK2Cl está inibido 3 No trecho inicial do túbulo distal a diluição continua O NaCl é reabsorvido pelo cotransportador NaCl mas as células são impermeáveis à água Assim o líquido tubular que deixa o trecho inicial do túbulo distal tem osmolaridade de 110 mOsmL 4 O trecho final do túbulo distal e os ductos coletores apresentam as maiores e mais importantes diferenças quando o ADH está baixo ou ausente Esses segmentos são agora impermeáveis à água como o líquido tubular flui por eles o equilíbrio osmótico não é possível Embora o líquido tubular seja exposto à osmolaridade crescente do gradiente osmótico corticopapilar a água não é reabsorvida em resposta à força osmótica propulsora A urina final que não é equilibrada com a osmolaridade da extremidade da papila tem valor osmótico de 75 mOsmL A osmolaridade da urina final é ainda menor do que a osmolaridade do líquido tubular no trecho final do túbulo distal pois o trecho final do túbulo distal e os ductos coletores reabsorvem algum NaCl De fato o trecho final do túbulo distal e os ductos coletores também passam a atuar como segmentos diluidores As duas questões sobre a produção da urina hiposmótica foram respondidas Como a urina se torna hiposmótica O líquido tubular é diluído nos segmentos diluidores que reabsorvem NaCl sem a água O equilíbrio osmótico não ocorre nos ductos coletores na ausência de ADH e urina diluída é excretada Quão baixa poderá ser a osmolaridade da urina A osmolaridade da urina final refletirá as funções combinadas de todos os segmentos diluidores incluindo o ramo ascendente espesso e o trecho inicial do túbulo distal bem como o restante do túbulo distal e os ductos coletores A urina hiposmótica é produzida como resposta normal à ingestão de água Contudo existem duas condições anormais nas quais a urina diluída é produzida inapropriadamente no diabetes insípido central e no diabetes insípido nefrogênico As características dessas condições estão resumidas na Tabela 610 Diabetes Insípido Central O diabetes insípido central pode advir de traumatismo craniano no qual o trauma acaba com os estoques de ADH da hipófise posterior A hipófise posterior é dessa forma incapaz de secretar ADH em resposta ao estímulo osmótico Como os níveis de ADH estão baixos ou iguais a zero todo o túbulo distal o os ductos coletores ficam impermeáveis à água Como consequência grandes volumes de urina diluída são excretados até 15 Ldia A osmolaridade plasmática aumenta para níveis anormalmente altos uma vez que volume excessivo de água foi excretado na urina água que deveria ter sido reabsorvida se o ADH estivesse presente A alta osmolaridade plasmática normalmente estimularia a secreção de ADH mas no diabetes insípido central não há ADH para ser secretado pela hipófise anterior O tratamento consiste na administração de análogo do ADH como a vasopressina 1 desamino8Darginina dDAVP 555 Diabetes Insípido Nefrogênico O diabetes insípido nefrogênico envolve defeito na resposta dos rins ao ADH Embora a secreção de ADH pela hipófise posterior seja normal defeito no receptor na proteína Gs ou na adenilato ciclase faz com que as células principais não respondam ao ADH Como resultado o ADH é incapaz de aumentar a permeabilidade à água no trecho final do túbulo distal e nos ductos coletores Da mesma forma que no diabetes insípido central a água não pode ser reabsorvida por esses segmentos e grandes volumes de urina diluída são excretados A osmolaridade plasmática aumenta o que estimula a hipófise posterior a secretar ainda mais ADH Os níveis de ADH circulante ficam maiores do que o normal no diabetes insípido nefrogênico mas esses altos níveis de ADH ainda são ineficazes nas células principais O diabetes insípido nefrogênico é tratado com diuréticos tiazídicos A administração de análogo do ADH como a dDAVP seria inútil pois o defeito se encontra na resposta ao ADH Para compreender a fundamentação para o uso de diuréticos tiazídicos considere primeiro o problema fundamental do diabetes insípido nefrogênico Como as células principais não são reativas ao ADH ocorre excreção de grande volume de urina diluída Os diuréticos tiazídicos são úteis da seguinte maneira 1 Inibem o cotransporte de NaCl no início do túbulo distal impedindo assim a diluição da urina nesse segmento À medida que mais NaCl é excretado a urina fica menos diluída do que estaria sem tratamento 2 Os diuréticos tiazídicos produzem diminuição da TFG e secundariamente à diminuição da reabsorção de Na produz diminuição do volume do LEC A diminuição do volume do LEC causa aumento da reabsorção no túbulo proximal por seus efeitos sobre as forças de Starling A combinação de menos água filtrada e mais água reabsorvida no túbulo proximal significa que o volume total de água excretada diminui Depuração da Água Livre Água livre é definida como água destilada livre de solutos ou água livre de solutos No néfron a água livre é produzida nos segmentos diluidores onde o soluto é reabsorvido sem a água Os segmentos diluidores do néfron são os segmentos impermeáveis à água o ramo ascendente espesso e o trecho inicial do túbulo distal A determinação da depuração da água livre DH2O proporciona método de avaliar a capacidade dos rins de diluir ou de concentrar a urina Os princípios subjacentes a essa determinação são os seguintes Quando os níveis de ADH são baixos toda água livre gerada no ramo ascendente e no trecho inicial do túbulo distal é excretada já que não pode ser reabsorvida pelos ductos coletores A urina é hiposmótica e a depuração da água livre é positiva Quando os níveis de ADH são altos toda água livre gerada no ramo ascendente e no trecho inicial do túbulo distal é reabsorvida pelo trecho final do túbulo distal e pelos ductos coletores A urina é hiperosmótica e a depuração de água livre é negativa 556 Determinação da DH2O A depuração da água livre DH2O é calculada pela seguinte equação onde DH2O Depuração da água livre mLmin Fluxo urinário mLmin Dosm Depuração de osmoles mLmin Uosm Osmolaridade da urina mOsmL Posm Osmolaridade do plasma mOsmL Exemplo de problema Homem tem fluxo urinário de 10 mLmin osmolaridade da urina de 100 mOsmL e osmolaridade plasmática de 290 mOsmL Qual será sua depuração de água livre e qual é o seu significado Solução A depuração de água livre do homem é calculada da seguinte maneira A DH2O tem valor positivo o que significa que água livre está sendo excretada A água livre de soluto produzida nos ramos ascendente e trecho inicial do túbulo distal não é reabsorvida pelos ductos coletores e é então excretada Essa situação ocorre quando os níveis circulantes de ADH são baixos como após a ingestão de 557 água ou de diabetes insípido central ou se o ADH é ineficaz como no diabetes insípido nefrogênico Significado da DH2O A DH2O pode ser zero positiva ou negativa As explicações para esses valores são apresentadas a seguir DH2O é zero A DH2O é zero quando não há excreção de água livre de soluto Sob essas condições a urina é isosmótica com relação ao plasma isostenúrica É pouco usual a DH2O ser zero mas pode ocorrer durante tratamento com diuréticos de alça onde a reabsorção de NaCl é inibida no ramo ascendente espesso Quando a reabsorção de soluto é inibida no ramo ascendente espesso nenhuma água livre é produzida nesse local se água livre não é produzida ela não pode ser excretada Portanto a capacidade de diluir a urina durante a ingestão de água é impedida na pessoa que é tratada com diuréticos de alça Da mesma forma a capacidade de concentrar urina durante a privação de água é impedida devido à interferência dos diuréticos de alça com a geração do gradiente de concentração corticopapilar inibindo o cotransporte NaK2Cl e a multiplicação por contracorrente DH2O é positiva A DH2O é positiva quando os níveis de ADH são baixos ou quando o ADH é ineficaz e a urina é hiposmótica A água livre de soluto produzida no ramo ascendente espesso e no trecho inicial do túbulo distal é excretada na urina porque os túbulos distais e os ductos coletores são impermeáveis à água nessas condições Quadro 63 Quadro 63 F isiologia C línica D iabetes I nsípido C entral Descrição do caso Mulher de 45 anos é admitida em um hospital após sofrer traumatismo craniano Ela tem poliúria produzindo 1 L de urina a cada 2 horas e polidipsia ingestão de três a quatro copos de água a cada hora Durante o período de 24 horas no hospital a mulher produziu 10 L de urina não contendo glicose Ela é colocada sob restrição de água durante a noite para avaliação posterior Na manhã seguinte ela está fraca e confusa Sua osmolaridade sérica é 330 mOsmL o Na plasmático é 164 mEqL e a osmolaridade da urina é 70 mOsmL Ela é tratada com dDAVP por spray nasal Dentro de 24 horas de tratamento inicial sua osmolaridade plasmática atinge 295 mOsmL e sua osmolaridade da urina 620 mOsmL Explicação do caso Em seguida à restrição de água durante a noite a observação notável é que a mulher ainda está produzindo urina diluída hiposmótica apesar da osmolaridade do soro estar muito elevada O diabetes mellitus foi descartado como causa de sua poliúria 558 porque nenhuma glicose foi encontrada na urina O diagnóstico é que a mulher é portadora de diabetes insípido central secundário à lesão encefálica O lobo posterior da hipófise dessa mulher não secreta ADH mesmo com forte estímulo osmótico como a osmolaridade sérica de 330 mOsmL Essa ausência de ADH resulta em grave distúrbio da reabsorção de água e ela é incapaz de produzir urina concentrada Seu túbulo distal e ductos coletores são impermeáveis à água na ausência de ADH nenhuma água pode ser reabsorvida por esses segmentos e sua urina é hiposmótica 70 mOsmL Como ela está excretando quantidades excessivas de água livre a osmolaridade sérica e a Na sérica aumentam A osmolaridade sérica elevada é forte estímulo para a sede levando a mulher a beber água quase que continuamente Tratamento A mulher é tratada com dDAVP análogo do ADH que ativa os receptores V2 nas células principais Quando o ADH se liga aos receptores V2 a adenilato ciclase é ativada é produzido AMPc e canais de água são inseridos na membrana luminal restaurando a permeabilidade à água das células principais Após o início da terapia com dDAVP a mulher passou a produzir urina hiperosmótica restaurando sua osmolaridade sérica aos valores normais DH2O é negativa A DH2O é negativa quando os níveis de ADH são altos e a urina é hiperosmótica Toda a água livre de soluto produzida no ramo espesso e no trecho inicial do túbulo distal e mais é reabsorvida no trecho final dos túbulos distais e ductos coletores Como a DH2O negativa é termo incômodo o sinal é invertido e ela é chamada de reabsorção de água livre ou Tc H2O c significa ductos coletores Resumo A água total corporal está distribuída entre o LIC e o LEC Como porcentagem do peso corporal o conteúdo total de água do organismo corresponde a 60 o conteúdo de LIC 40 e o conteúdo de LEC 20 O LEC consiste em plasma e líquido intersticial O volume dos compartimentos corporais é medido pela diluição de substâncias marcadoras As osmolaridades do LEC e do LIC sempre são iguais em condições de homeostasia Quando ocorre distúrbio da osmolaridade de um líquido corporal a água se desloca através das membranas celulares para restabelecer a igualdade de osmolaridade do LEC e do LIC Esses deslocamentos produzem alterações do volume do LEC e do LIC A depuração renal é o volume de plasma expurgado de uma substância por unidade de tempo e é determinada pelo seu processamento nos rins Substâncias com depurações mais altas são tanto filtradas quanto secretadas Substâncias com depurações muito baixas não são filtradas ou são filtradas e subsequentemente 559 reabsorvidas A inulina é o marcador glomerular cuja depuração se iguala à TFG O FSR é autorregulado dentro de ampla faixa de pressões arteriais pelas alterações na resistência das arteríolas aferentes O FSR efetivo é determinado pela depuração do PAH e o FSR é calculado do FPR A TFG é determinada pela permeabilidade da barreira capilar glomerular Kf e pela pressão efetiva de ultrafiltração A pressão efetiva de ultrafiltração é a soma das três pressões de Starling pelos capilares glomerulares PCG πCG e PEB Se qualquer uma das pressões de Starling for alterada a pressão de ultrafiltração efetiva e a TFG serão também alteradas A reabsorção e a secreção modificam o ultrafiltrado que é produzido pela filtração glomerular A intensidade de reabsorção ou da secreção de uma substância é a diferença entre a carga filtrada e a sua excreção A glicose é reabsorvida por processo restrito pela Tm quando a carga filtrada de glicose excede o Tm então a glicose é excretada na urina glicosúria O PAH é secretado por processo limitado pela Tm A reabsorção de Na é maior do que 99 da carga filtrada e ocorre ao longo de todo o néfron No túbulo proximal 67 do Na filtrado são reabsorvidos isosmoticamente com a água No início do túbulo proximal o Na é reabsorvido pelo cotransporte Naglicose cotransporte Naaminoácido e pelo trocador NaH No final do túbulo proximal o NaCl é reabsorvido A expansão de volume do LEC inibe a reabsorção no túbulo proximal e a contração de volume estimula essa reabsorção No ramo ascendente espesso da alça de Henle segmento impermeável à água 25 do Na filtrado são reabsorvidos pelo cotransporte NaK2Cl Os diuréticos de alça inibem os cotransportados Na K2Cl No túbulo distal e nos ductos coletores 8 do Na filtrado são reabsorvidos No trecho inicial do túbulo distal o mecanismo é o cotransporte NaCl que é inibido pelos diuréticos tiazídicos No trecho final do túbulo distal e nos ductos coletores as células principais têm canais de Na dependentes da aldosterona que são inibidos pelos diuréticos poupadores de K O balanço de K é mantido pelo deslocamento de K através das membranas das células e por regulação renal Os mecanismos renais para o balanço de K incluem a filtração a reabsorção no túbulo proximal e no ramo ascendente espesso e a secreção pelas células principais no trecho final do túbulo distal e nos ductos coletores A secreção pelas células principais é influenciada pelo K presente na dieta pela aldosterona pelo equilíbrio acidobásico e pela intensidade do fluxo Em condições de baixa ingestão de K esse íon é reabsorvido pelas células intercaladas αdo túbulo distal A osmolaridade dos líquidos corporais é mantida em nível constante por variações da reabsorção de água pelas células principais presentes no trecho final do túbulo distal e nos ductos coletores Durante a privação de água o ADH é secretado e age nas células principais para aumentar a reabsorção de água Durante a ingestão de água a secreção de ADH é suprimida e as células principais ficam impermeáveis à água 560 D esafie a S i M esmo Responda cada pergunta com uma palavra frase sentença ou solução numérica Quando for dada uma lista de possíveis respostas com a pergunta podem estar corretas uma mais de uma ou nenhuma das escolhas As respostas corretas são fornecidas no final do livro 1 A constrição de qual arteríola produz redução do fluxo plasmático renal FPR e aumento da taxa de filtração glomerular TFG 2 Em qual porção ou em que ponto da curva de titulação de glicose a concentração de glicose na veia renal é igual à concentração de glicose na artéria renal 3 O que acontece com a pressão oncótica do sangue do capilar peritubular em resposta a aumento da fração de filtração 4 Quando a depuração de PAH é usada para medir o FPR efetivo a medida é feita em concentrações de PAH que estão acima ou abaixo do Tm para secreção 5 Pessoa com volume do LEC de 14 L volume do LIC de 28 L e osmolaridade plasmática de 300 mOsmL bebe 3 L de água e ingere 600 mmoles de NaCl No novo estado estável qual será a osmolaridade do plasma 6 Se a TFG é constante e ocorre aumento na intensidade do fluxo urinário como a concentração plasmática de inulina é alterada aumenta diminui ou fica inalterada 7 O aumento do pH da urina causa que mudanças na excreção de ácido fraco aumenta diminui ou fica inalterada 8 Durante a diurese da água onde no néfron a LTPinulina é mais baixa 9 Onde no néfron a fração de excreção do Na é mais alta 10 Qual o efeito de um diurético de alça inibidor do cotransportador NaKCl sobre a osmolaridade máxima da urina durante a produção de urina hiperosmótica aumento diminuição ou nenhuma alteração 11 Qual distúrbio de ADH é representado pelas seguintes alterações aumento da osmolaridade plasmática urina diluída e ADH reduzido 12 Na pessoa que ingere pacote de batatas fritas ie NaCl o que acontece com o volume intracelular aumenta diminui ou fica inalterado 13 Quais são as unidades do Tm para glicose 14 Qual o efeito da dilatação da arteríola eferente sobre a fração de filtração aumenta diminui ou fica inalterada 15 Qualis dos seguintes causam hipercalemia falta de insulina hiperaldosteronismo diuréticos de alça espironolactona hiperosmolaridade alcalose metabólica 16 Considerando as ações do paratormônio PTH nos rins qualis dos seguintes ésão vistos inibição do cotransporte Nafosfato diminuição da excreção urinária de fosfato diminuição da excreção urinária de Ca2 diminuição do AMPc urinário 17 A TFG é 120 mLmin a concentração plasmática de X é 10 mgmL a concentração urinária de X é 100 mgmL e a intensidade de fluxo urinário é 10 mLmin Assumindo que X é livremente filtrado ocorre reabsorção efetiva ou secreção efetiva de X e qual sua intensidade 18 Durante a produção de urina hiperosmótica onde no néfron a LTPosmolaridade é mais baixa 561 19 Qual é a mais alta a depuração do PAH abaixo do Tm a depuração da glicose abaixo do limiar ou a depuração da inulina 20 Coloque as seguintes substâncias na ordem de excreção fracional da alta para a mais baixa inulina Na glicose abaixo do limiar K em dieta muito rica em potássio HCO3 Leituras selecionadas Koeppen B M Stanton B A Renal Physiology 3rd ed St Louis Mosby 2001 Seldin D W Giebish G The Kidney Physiology and Pathophysiology 2nd ed New York Raven Press 1992 Valtin H Schafer J A Renal Function 3rd ed Boston Little Brown 1995 Windhager E E Handbook of Physiology Renal Physiology New York American Physiological Society Oxford University Press 1992 562