Fisiologia

INTRODUÇÃO

O sistema cardiovascular circula o sangue através dos vasos e capilares pulmonares e sistêmicos com o propósito de troca de oxigênio, gás carbônico, nutrientes, produtos de degradação e água nos tecidos periféricos e nos pulmões. Ele é composto pelo coração e dois sistemas vasculares: a circulação sistêmica e a pulmonar (GAYTON,A.C., HALL . J.E., 2006).

Segundo GAYTON, A.C., HALL. J.E., (2006), o coração por sua vez, possui os ventrículos direito e esquerdo que funcionam como bombas em série, ejetando sangue através de dois sistemas vasculares – a circulação pulmonar de baixa pressão, onde ocorre troca gasosa, e a circulação sistêmica que distribui sangue aos órgãos individuais suprindo suas demandas metabólicas. O fluxo e a pressão sanguínea estão sob intenso controle do sistema nervoso autônomo.

Este sistema cardiovascular tem muitas distintas, dependendo dos tecidos e órgãos que recebem seus suprimentos. A transferência de oxigênio e o gás carbônico entre os pulmões e os tecidos periféricos parece ser o papel fundamental deste sistema, mas os vasos gastrointestinais absorvem nutrientes dos intestinos e perfundem o fígado. A circulação renal é essencial para a manutenção da homeostasia da água e eletrólitos e eliminação de produtos de degradação celular e o sistema cardiovascular também são fundamentais na distribuição de líquidos nos diversos compartimentos extracelulares, na distribuição de hormônio nos órgãos-alvo e no transporte de células e substâncias essenciais para imunidade e coagulação (NETO, A.R.,2011).

MORFOLOGIA

O coração é um órgão único, muscular, localizado na região mediastínica, levemente deslocado à esquerda do plano mediano, que possui como principal função propelir o sangue através dos vasos, fazendo-o chegar a todas as células do organismo (disponível em: http://www.uff.br/fisiovet1/cardio_TT.pdf).

O coração é composto por quatro câmaras e divide-se em lado esquerdo e direito e cada lado dotado de um átrio e um ventrículo. Os átrios agem como reservatórios de sangue, possuindo a leve ação de bombeamento para enchimento ventricular. Já os ventrículos são a grande câmaras de propulsão para a remessa de sangue à circulação pulmonar que ocorre no ventrículo direito e sistêmica que ocorre no ventrículo esquerdo.

O ventrículo esquerdo têm o formato cônico e sua missão é gerar a maior quantidade de pressão do que o lado direito, sendo assim sua musculatura é mais espessa do lado direito. Quatro válvulas asseguram a direção única do fluxo do átrio para o ventrículo (valvas atrioventriculares, tricúspide e mitral) e depois para as circulações arteriais (valvas semilunares, pulmonar e aórtica).

O miocárdio é composto por células musculares que podem sofrer contração espontânea e também por células marca-passo e de condução dotadas de funções especializadas (NETO, A.R.,2011).

ELETROFISIOLOGIA DO CORAÇÃO

A contração do miocárdio resulta de uma alteração de voltagem, através da membrana celular, chamada de despolarização, que leva ao um surgimento de potencial de ação (GAYTON,A.C., HALL . J.E., 2006).

A contração miocárdica normalmente acontece em resposta à despolarização. Segundo NETO, A. R. (2011), este impulso elétrico inicia-se no nodo sinoatrial, composto por várias células marca-passo, localizado na junção do átrio direito com a veia cava superior, tais células especializadas em despolarizam-se espontaneamente, ocasionando uma onda de contração atrial, o impulso sofre um retardo no nodo atrioventricular localizado na parede septal do átrio direito. A partir daí as fibras de His-Purkinje promovem a rápida condução do impulso elétrico através de suas ramificações direita e esquerda, ocasionando quase que simultaneamente a despolarização de ambos os ventrículos em um tempo de 0,2 segundo após a chegada do impulso inicial no nodo sinoatrial. A despolarização da membrana celular miocárdica ocasiona grande elevação na concentração de cálcio no interior da célula, que por sua vez causa contração através da ligação temporária entre duas proteínas, actina e miosina. O potencial de ação cardíaco é mais prolongado que do músculo esquelético e, durante esse tempo a célula miocárdica não responde a novos estímulos elétricos.

CICLO CARDÍACO

Existe um ciclo semelhante em ambos os lados do coração, mas as pressões do ventrículo direito e das artérias pulmonares são menores do que a do ventrículo esquerdo e aorta (GAYTON,A.C., HALL . J.E., 2006).

De acordo com NETO, A. R. (2011), sístole se refere à contração e diástole a relaxamento. A contração e o relaxamento podem ser isométricos, quando ocorrem alterações na pressão intraventricular sem modificação no comprimento das fibras musculares. O ciclo se inicia no nodo sinoatrial com uma despolarização que leva à contração do átrio; durante esse período o fluxo sanguíneo no interior dos ventrículos é passivo, mas a contração atrial aumenta o seu enchimento de 20 a 30 %. A sístole ventricular ocasiona o fechamento das valvas atrioventriculares (primeira bulha cardíaca) sendo que a contração é isométrica até que as pressões intraventriculares tornem-se suficientes para abrir às valvas pulmonar e aórtica, dando início à fase de ejeção. O volume do sangue ejetado é conhecido como volume de ejeção.

Ao final desta fase, começa o relaxamento ventricular e o fechamento das valvas pulmonar e aórtica (segunda bulha cardíaca). Após o relaxamento isovolumétrico, as pressões ventriculares diminuem mais do que as pressões atriais levando a abertura das valvas atrioventriculares e ao início do enchimento ventricular diastólico. Todo ciclo então se repete na sequência (NETO, A. R. (2011).

CIRCULAÇÃO CORONÁRIA

O suprimento cardíaco do miocárdio é fornecido pelas artérias coronárias que correm pela superfície do coração e dividem-se em ramos colaterais para o endocárdio (camada internado miocárdio). A drenagem venosa é efetuada principalmente através do seio coronário no átrio direito, mas uma pequena porção de sangue flui diretamente nos ventrículos através das veias de Tebésio, liberando sangue não oxigenado para a circulação sistêmica. (NETO, A. R. 2011).

A extração de oxigênio, pelos tecidos, está na dependência do consumo e da oferta. O consumo de oxigênio do miocárdio é mais elevado que o dos músculos esqueléticos (no miocárdio são extraídos 65% do oxigênio arterial, nos músculos esqueléticos, 25%). Assim, qualquer aumento na demanda metabólica do miocárdio deve ser compensado por uma elevação do fluxo sanguíneo coronário. Esta resposta é local, mediada por alterações do tônus da artéria coronária, com apenas uma pequena participação do sistema nervoso autônomo. (NETO, A. R. 2011).

Figura XX – Ciclo Cardíaco

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DÉBITO CARDÍACO

De acordo com NETO, A. R. (2011), o débito cardíaco (DC) é o produto entre a frequência cardíaca (FC) e o volume sistólico (VS):

Para um homem com 70 kg os valores normais são: FC = 72/min e VS=70 ml, fornecendo um rendimento cardíaco de aproximadamente 5 litros/minuto. O índice cardíaco (IC) é o débito cardíaco por metro quadrado da área de superfície corporal. Os valores normais variam de 2,5 a 4,0 litros/min/m. A frequência cardíaca é determinada pelo índice de velocidade da despolarização espontânea no nodo sinoatrial podendo ser modificada pelo sistema nervoso autônomo.

O nervo vago atua nos receptores muscarínicos reduzindo a frequência cardíaca, ao passo que as fibras simpático cardíacas estimulam os receptores beta-adrenérgicos, elevando-a.

O volume sistólico é o volume total de sangue ejetado pelo ventrículo durante uma sístole e é determinado por três fatores principais: pré-carga, pós-carga e contratilidade.

• Pré-carga: é o volume ventricular no final dadiástole. A elevação da pré-carga leva ao aumento do volume de ejeção. A pré-carga depende principalmente do retorno do sangue venoso corporal.

• Pós-carga: é a resistência à ejeção (propulsão) ventricular ocasionada pela resistência ao fluxo sanguíneo na saída do ventrículo

• Contratilidade: representa a capacidade de contração do miocárdio na ausência de quaisquer alterações na pré-carga ou pós-carga

CIRCULAÇÃO SISTÊMICA

Os vasos sanguíneos sistêmicos dividem-se em artérias, arteríolas, capilares e veias. As artérias carregam sangue aos órgãos sob altas pressões, enquanto que as arteríolas são vasos menores dotados de paredes musculares que permitem um controle direto do fluxo através de cada leito capilar.

Os capilares são constituídos por uma camada única de células endoteliais cujas paredes delgadas permitem trocas de nutrientes entre o sangue e os tecidos. As veias promovem o retorno do sangue, a partir dos leitos capilares, até o coração e contém cerca de 70% do volume sanguíneo circulante contrastando com os 15% representados pelo sistema arterial. As veias atuam como reservatórios e o tônus venoso é importante no processo de manutenção do retorno do sangue em direção ao coração; por exemplo, no caso de hemorragia grave quando o estímulo simpático ocasiona venoconstrição. (NETO, A. R. 2011)

FLUXO SANGUÍNEO

Segundo NETO, A. R. (2011), a relação entre o fluxo e a pressão motriz é dada através da fórmula de Hagen-Poiseuille, a qual estabelece que o fluxo, no interior de um tubo, é proporcional a:

Nos vasos sanguíneos o fluxo é de caráter pulsátil ao invés de contínuo e a viscosidade varia com a velocidade do fluxo. Assim, a fórmula não é estritamente aplicável, mas serve para ilustrar um ponto importante: pequenas modificações no raio do vaso resultam em grandes alterações no fluxo. As alterações na velocidade do fluxo, tanto nas arteríolas como nos capilares, são devidas a modificações do tônus e consequentemente da circunferência dos vasos, principalmente, e por modificações na pressão motriz e na viscosidade do sangue.

A variável comprimento aqui não é manipulável e é relativamente fixa. A pressão motriz é a diferença entre a pressão de entrada e a pressão de saída num determinado segmento. Por exemplo, num leito capilar ela é a diferença entre a pressão arteriolar e a pressão venular. Neste caso, ela pode também ser chamada de pressão de perfusão capilar. A viscosidade descreve a tendência do líquido a resistir ao fluxo. Em fluxos lentos, as células sanguíneas vermelhas tendem a se juntar, aumentando a viscosidade, e a permanecer na área central do vaso. A porção de sangue mais próxima à parede do vaso (que irriga os ramos colaterais) apresentará, assim, um valor menor de hematócrito. Esse processo é conhecido como deslizamento plasmático. A viscosidade sofre redução na presença de anemia e o resultante incremento na velocidade do fluxo auxilia na manutenção do transporte de oxigênio aos tecidos.

CONTROLE DA CIRCULAÇÃO SISTÊMICA

Para NETO, A. R. (2011), o tônus das arteríolas determina a velocidade do fluxo em direção aos leitos capilares. Uma série de fatores influencia o tônus arteriolar incluindo o controle autônomo, hormônios circulantes, fatores próprios do endotélio e concentração local de metabólitos.

Controle autônomo é amplamente dependente do sistema nervoso simpático que inerva todos os vasos à exceção dos capilares. As fibras simpáticas provêm dos segmentos torácico e lombar da medula espinhal onde são controladas pelo centro vasomotor da medula, que por sua vez é dotado de zonas distintas de vasoconstrição e vasodilatação. Embora exista uma descarga simpática basal adequada para a manutenção do tônus vascular, um aumento desse estímulo afeta mais alguns órgãos do que outros.

Com isso ocorre uma distribuição do sangue a partir da pele, músculo e vísceras para o cérebro, coração e rins. A elevação da descarga simpática constitui-se numa das respostas à hipovolemia, por exemplo, em casos de perdas sanguíneas graves com o propósito de proteger o suprimento sanguíneo dos órgãos vitais. A influência simpática predominante é a vasoconstrição através dos receptores alfa-adrenérgicos.

No entanto, o sistema simpático também pode ocasionar vasoconstrição por estimulação de receptores beta-adrenérgicos e colinérgicos, mas apenas na musculatura esquelética. A elevação do fluxo sanguíneo que aporta ao músculo toma parte importante da reação de “combate ou fuga” quando há previsão de atividade física (exercício).

Hormônios circulantes como a adrenalina e angiotensina II são potentes vasoconstritores, mas provavelmente ocasionam pouco efeito agudo no mecanismo de controle cardiovascular.

Por outro lado, fatores derivados do endotélio desempenham papel importante no controle local do fluxo sanguíneo. Tais substâncias podem tanto ser produzidas como modificadas no endotélio vascular e incluem a prostaciclina e o óxido nítrico, ambos potentes vasodilatadores. O acúmulo de metabólitos como CO2, K+, H+, adenosina e lactato ocasionam vasodilatação. Essa resposta constitui-se, provavelmente, num importante mecanismo de auto-regulação, processo pelo qual o fluxo sanguíneo, através de um órgão, é controlado localmente permanecendo constante mesmo quando submetido a amplo espectro de pressão de perfusão. A auto- regulação desempenha papel importante principalmente nas circulações cerebral e renal.

CONTROLE DA PRESSÃO ARTERIAL

A pressão arterial sistêmica é submetida a um controle cuidadoso no sentido de manutenção da perfusão tecidual. A pressão arterial média (PAM) leva em consideração o fluxo sanguíneo pulsátil das artérias e constitui-se no melhor valor de medida para o grau da pressão de perfusão de um órgão. NETO, A. R. (2011)

A PAM é definida por:

onde a pressão de pulso é a diferença entre as pressões arteriais sistólica e diastólica.

A PAM é o produto entre o débito cardíaco (DC) e a resistência vascular sistêmica (RVS).

Se o débito cardíaco decresce ( ex.: quando o retorno venoso diminui na hipovolemia) o valor da PAM também diminuirá, a não ser que surja um aumento compensatório da RVS através da vasoconstrição das arteríolas. Essa resposta é media da por barorreceptores, sensores especializados da pressão, localizados no seio carotídeo e arco da aorta e conectados ao centro vasomotor. A diminuição da pressão sanguínea ocasiona redução de estímulo nos barorreceptores e consequente redução na descarga que esses remetem ao centro vasomotor. Isso causará aumento da descarga simpática, levando à vasoconstrição, aumento do índice cardíaco e da contratilidade, além da secreção de adrenalina. Da mesma maneira, elevações da pressão sanguínea estimulam os barorreceptores ocasionando elevação da descarga parassimpática cardíaca, através dos ramos do nervo vago, desacelerando o coração. Também ocorre redução da estimulação simpática nos vasos periféricos levando à vasodilatação. As respostas dos barorreceptores propiciam o controle imediato da pressão sanguínea; se a hipotensão for prolongada, outros mecanismos entram em operação, como a liberação de angiotensina II e aldosterona, a partir dos rins e glândulas adrenais, permitindo a retenção circulatória de sais e água e mais vasoconstrição. NETO, A. R. (2011)

FISIOLOGIA DO TRANSPORTE DE OXIGÊNIO

Segundo NETO, A. R. (2011), o sistema cardiovascular deve suprir continuamente os tecidos de nutrientes para sustentar a vida. Nossas células são incapazes de armazenar oxigênio e necessitam deste substrato para gerar continuamente energia nas mitocôndrias e sustentar forças vitais, como a gradiente eletroquímico das membranas celulares, as contrações musculares e a síntese de macromoléculas complexas.

A falta de oxigênio pode causar lesão tecidual direta devido à exaustão de ATP ou outros intermediários de alta energia necessários para a manutenção da integridade estrutural das células. Além disso, lesões celulares também podem ser intensificadas por radicais livres quando a oferta de oxigênio segue um período de disóxia com acúmulo de adenosina e outros metabólitos celulares. Em organismos unicelulares, a captação de O2 e a eliminação de CO2 podem ser realizadas por difusão simples a partir do meio ambiente por causa das distâncias curtas de difusão.

Os organismos mais complexos, como o homem, com grandes distâncias para o transporte de gases, as limitações de difusão são sobrepujadas com estruturas especificamente projetadas para entregar O2 e remover CO2 das bilhões de células do nosso corpo.

Transporte de oxigênio

A microcirculação tem um papel importante na oxigenação tecidual porque é através de suas paredes que o oxigênio atravessa do sangue para atingir as células dos tecidos periféricos.

Cada tecido possui uma arquitetura da microvasculatura que lhe é característica e que, provavelmente, foi adaptada para as necessidades específicas daquele tecido. O oxigênio trafega pelo sistema circulatório dos pulmões até às células, por convecção e difusão. Convecção é o processo pelo qual grandes quantidades de oxigênio podem ser transportadas em grandes distâncias (macroscópicas). Os grandes vasos do sistema circulatório são responsáveis pela distribuição eficiente do sangue oxigenado para todos os órgãos. A convecção continua sendo importante para a distribuição do oxigênio mesmo dentro da rede de microvasos.

A difusão é um mecanismo eficiente de transporte de oxigênio em pequenas distâncias (frações de mícron) e é o meio de transporte de oxigênio dos pequenos vasos e capilares para as células. Uma das observações mais interessantes e intrigantes com relação ao transporte de oxigênio através dos capilares é o alto grau de heterogeneidade da perfusão neste nível.

Esta heterogeneidade se expressa pela grande variabilidade na velocidade de trânsito das hemácias e pelo número de hemácias que transitam pelos capilares na unidade de tempo.

Isto se deve a falta de uniformidade nas dimensões dos capilares nos diversos tecidos.

Uma das funções mais importantes do sistema circulatório é fornecer uma oferta adequada de oxigênio (D O2) a todos os tecidos do organismo.6,8,9 Vários mecanismos existem para regular esta oferta em resposta às constantes modificações nas necessidades. Nas situações de exercício, há um aumento global na D O2, regulada principalmente pelo sistema nervoso autônomo com aumento na contratilidade e na frequência cardíaca e aumento no débito cardíaco. Na microcirculação, o aumento na perfusão em resposta a um tecido com demanda aumentada por oxigênio se dá por dois mecanismos:

• Diminuição na resistência dos vasos pré-capilares

• Aumento na taxa de extração de oxigênio.

Cascata de oxigênio

A pressão parcial de oxigênio (P O2) apresenta uma queda progressiva desde o ar ambiente até o interior das células, um preço pago pelos animais multicelulares de grande porte.

A PO2 no ar ambiente ao nível do mar é de aproximadamente 159 mmHg (Pi O2 no ar ambiente). Entretanto, no ar inspirado há uma queda na P O2 para 149 mmHg, à medida que o vapor de água é adicionado ao ar inspirado na via aérea superior. A P O2 alveolar é de aproximadamente 104 mmHg porque ar inspirado é diluído quando misturado com ar alveo-lar rico em C O2. Há mais um declínio na P O2 entre o alvéolo (PA O2) e o sangue arterial (Pa O2), o que é denominado de diferença alvéolo-arterial de O2 (D(A-a) O2), a qual, geralmente, é menor que 10 mmHg. Isto se deve ao pequenos hunt fisiológico intrapulmonar (cerca de 2% do débito cardíaco). No sangue arterial, a P O2 normal é entre 95 e 100 mmHg no nível do mar.

O transporte de moléculas livres de oxigênio entre dois pontos é descrito pela primeira lei da difusão de Fick, que diz que a força de movimento é a diferença de P O2 entre os dois pontos.

O local mais fácil de transporte de oxigênio do sangue para os tecidos é através dos capilares, devido a sua parede mais fina (praticamente uma única camada de células endoteliais), maior superfície de contato (relação volume/área),baixa velocidade das hemácias circulantes e uma menor distância de difusão entre os capilares e as células parenquimatosas.

No começo do século passado, Krogh formulou um conceito matemático simples no qual os capilares eram rodeados por um cilindro concêntrico de tecido e este modelo foi usado para predizer a magnitude da diferença de P O2 necessária para suprir o cilindro com oxigênio e transportar oxigênio até as camadas mais externas do cilindro.

Nos últimos 30 anos, foi demonstrado que há perda de oxigênio já pelos vasos pré-capilares, embora os capilares continuem a ser os principais vasos de oxigenação tecidual.8 Uma parte considerável do oxigênio perdido pelas arteríolas pré-capilares é para as vênulas pós-capilares contíguas às arteríolas. Por isso, a P O2 capilar é bem mais baixa que a das pequenas artérias. Em situações de grande consumo de oxigênio ou de hipoperfusão, uma parte considerável do oxigênio celular pode vir direto das arteríolas.

Quando o sangue arterial sai dos pulmões e alcança a microcirculação, sua P O2 ainda é cerca de 95 mmHg, mas nos capilares e no líquido intersticial a P O2 média é de 40mmHg e somente cerca de 23mmHg dentro das células.

A P O2 capilar média é a mesma do líquido intersticial e, consequentemente, a P O2 média das vênulas também é de 40 mmHg. Portanto, fisiologicamente, existe uma tremenda diferença de pressão inicial (cerca de 40 para 23 mmHg), o que leva o oxigênio a se difundir muito rapidamente do sangue aos tecidos.

Transporte de oxigênio no sangue

Quando o sangue do capilar pulmonar se equilibra com ar alveolar, a quantidade de oxigênio fisicamente dissolvida no plasma é de apenas 0,3 ml de O2/100 ml de sangue (0,3 vol%). É esta pequena quantidade de oxigênio que é medida na P O2 de 95 mmHg. Quase todo o oxigênio transportado pelo sangue está reversivelmente ligado à hemoglobina contida dentro das hemácias.

Dentro dos níveis normais de hemoglobina, 98% do oxigênio contido no sangue está ligado nesta forma. Então, o movimento das hemácias representa uma forma substancial de transporte de oxigênio. A baixa solubilidade do oxigênio no plasma resulta numa quantidade negligenciável de seu transporte no sangue, exceto sob condições de alta tensão de oxigênio. O conteúdo arterial de oxigênio (Ca O2) é dado pela seguinte fórmula:

onde, Hb é a concentração de hemoglobina no sangue (em g/dl), Sa O2 é a saturação arterial de oxigênio (em%), 1,34 é a capacidade máxima de oxigênio que 1 g de Hb é capaz de carregar, Pa O2 é a pressão parcial arterial de oxigênio e 0,0031 é o coeficiente de solubilidade do oxigênio no plasma.

As hemácias são uma forma ideal de transporte de oxigênio. A hemácia tem a forma de um disco bicôncavo, o que permite expansão de volume e diminuição nas distâncias de difusão extracelular.

A membrana da hemácia é livremente permeável a H2 O, C O2 e O2, e exibe consideravelmente mais permeabilidade a ânions que a cátions. Esta membrana é impermeável à hemoglobina (Hb), seu principal constituinte. É a hemoglobina dentro da hemácia que se combina com o O2 e o transporta aos tecidos.

Cada molécula de Hb é capaz de se combinar com 4 moléculas de oxigênio. Isto fornece uma capacidade máxima de combinação de 1,34 ml de O2 /g de Hb. Quando oxigênio combina-se com a Hb, ela é apropriadamente denominada de oxiemoglobina (oxi-Hb). Quando a Hb está totalmente livre de O2 ela tem uma afinidade relativamente baixa para o O2. Entretanto, as cadeias de polipeptídio da Hb interagem de tal maneira que uma vez tendo a primeira molécula de O2 se unido à Hb, há um aumento na facilidade de união com outras moléculas de O2.

A forma de sigmoidal da curva de dissociação de oxi-Hb tem importância fisiológica tanto para carregar a Hb de O2 nos pulmões quanto para descarregar O2 nos capilares teciduais.

A parte de associação da curva assegura uma oxigenação da maior parte da Hb mesmo quando a P O2 alveolar é diminuída devido à altitude ou a doença pulmonar. Assim, esta porção plana da curva de dissociação de oxi-Hb assegura um carregamento quase normal da Hb com O2 mesmo quando a P O2 alveolar é abaixo do normal.. Assim, uma porção relativamente grande do O2 carregada pela Hb estará disponível para uso pelos tecidos mesmo com uma mudança relativamente pequena na P O2. Em outras palavras, a Hb libera uma quantia relativamente grande de O2 para uma mudança pequena no P O2.

A transição da porção de associação para a porção de dissociação da curva ocorre normalmente numa P O2 ao redor de 60 mmHg.

Um aumento na PC O2 do sangue ou na concentração do íon de hidrogênio (acidemia) desvia a curva para a direita, ao passo que uma diminuição em PC O2.

Estes desvios na dissociação de oxi-Hb devido às variações na PC O2 ou no pH do sangue são denominados de efeito Bohr.

Um aumento na temperatura do sangue ou na concentração eritrocitária da 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) também desviam a curva de dissociação de oxi-Hb para a direita, enquanto uma diminuição na temperatura.

Uma mudança na curva de dissociação de oxi-Hb para a direita significa que mais O2 é liberado para uma dada diminuição na P O2. Dito de outra forma, uma mudança na curva para a direita indica que a afinidade de Hb para O2 é reduzida, de modo que para uma dada P O2 no plasma, mais O2 é libertado da Hb para os tecidos. Em contraste, uma mudança que mais O2 será unido a Hb (afinidade aumentada) para uma dada P O2 e menos O2 está disponível aos tecidos ou é libertado da Hb para uma dada P O2.

Pouca mudança significativa ocorre na porção de associação de oxi-Hb com os desvios para a direita ou a esquerda, mas grandes modificações ocorrem na porção de dissociação. Desvios da curva para a direita significam maior P O2 no plasma para um mesmo conteúdo de O2 no sangue.

Esta maior P O2 plasmática na periferia aumenta o gradiente de oxigênio entre o capilar e as células, facilitando a oferta de O2. Um tecido com aumento do seu metabolismo, como um músculo esquelético em exercício, tem aumento na liberação de C O2 local, queda no pH microvascular e aumento na temperatura pelo aumento do metabolismo. Todos estes efeitos facilitam a liberação do oxigênio pela hemoglobina na micro vasculatura e garantem uma oxigenação tecidual fisiológica.

Uso metabólico do oxigênio pelas células

Se o fluxo sanguíneo para um determinado tecido torna- se aumentado ou seu metabolismo diminui, a P O2 intersticial aumenta, assim como a P O2 venular. A P O2 intersticial e venular diminuem se houver queda do fluxo sanguíneo (vasoconstrição, queda do débito cardíaco etc.) ou se o metabolismo tecidual aumentar desproporcionalmente ao fluxo. Em suma, a PO2 tecidual é determinada pelo equilíbrio entre a taxa de oferta de oxigênio aos tecidos e a taxa de consumo de oxigênio por eles mesmos.

O oxigênio, sendo incapaz de ser armazenado, é constantemente consumido pelas células. Portanto, a P O2 intracelular é sempre menor que a P O2 capilar e intersticial. Também, em muitos casos, existe uma considerável distância entre os capilares e as células. Isto explica porque a P O2 normal intracelular pode variar desde valores tão baixos quanto 5 mmHg quanto valores próximos aos 40mmHgdos capilares, com uma média de 23 mmHg.

Somente uma pequena quantidade de P O2 é necessária para que as reações químicas normais intracelulares ocorram. A razão para isto é que o sistema de enzimas respiratório é movimentado mesmo quando a P O2 intracelular é tão baixa quanto 1 a 3 mmHg. Numa P O2 neste nível, a disponibilidade de oxigênio deixa de ser o fator limitante para o metabolismo aeróbio.

O principal fator limitante a partir daí passa a ser a concentração de ADP (difosfato de adenosina). Mesmo que a disponibilidade de oxigênio aumente, seu consumo aumentará somente se a concentração de ADP intracelular aumentar, o que significa um aumento nas necessidades de energia devido a um consumo aumentado do ATP celular. Somente em condições de hipóxia extrema a disponibilidade de oxigênio torna-se um fator limitante para o metabolismo aeróbio.

Quando o oxigênio é utilizado pelas células, a maior parte dele torna-se dióxido de carbono com um aumento na PC O2 intracelular. A partir daí, o C O2 difunde-se das células para os capilares até os pulmões, onde ele é eliminado pela ventilação alveolar.

Então, em cada ponto da cadeia de transporte de gases, o C O2 é transportado na direção exatamente oposta da do oxigênio. A maior diferença é que o C O2 difunde-se 20 vezes mais rapidamente que o oxigênio e, portanto, necessita de diferenças ainda menores de pressão parcial.

Normalmente, a PC O2 intracelular é de 46 mmHg, a PC O2 intersticial e capilar é de 45 mmHg e a PC O2 arterial é de 40 mmHg. O fluxo de sangue capilar e o metabolismo tecidual afetam a PC O2 intersticial de forma exatamente oposta a que afetam a P O2.

Troca de gases no tecido

Os tecidos em constante metabolismo estão usando O2 e produzindo C O2. As células necessitam de um estoque contínuo de O2 para metabolismo aeróbio e requerem remoção contínua de C O2 para conservar o equilíbrio ácido-básico.

O fluxo de sangue é essencial tanto para transportar como para manter um gradiente de concentração de O2 e remoção de C O2 nos capilares teciduais. Nos capilares, o O2 difunde-se para a célula, enquanto a difusão de C O2 está na direção inversa. Ambos os gases movem entre o tubo concêntrico de células por difusão simples em resposta a uma gradiente de concentração.

Vários fatores podem agudamente ou cronicamente aumentar a oferta de O2 ou a remoção de C O2 dos tecidos. O fluxo de sangue é o principal fator que afeta a oferta de O2 aos tecidos.

Um aumento no fluxo de sangue tipicamente resulta em um aumento equivalente na entrega de O2. Aumentar o número de capilares abertos ao fluxo de sangue é um outro meio de aumentar a entrega de O2 a um tecido. Um aumento no gradiente de pressão parcial entre o capilar e o tecido também aumenta a entrega de O2. As mudanças na curva de dissociação de oxi-Hb com relação às mudanças no equilíbrio ácido-básico característico do sangue também podem alterar a entrega de O2 aos tecidos. Da mesma forma, um aumento no número de hemácias ou no hematócrito (e consequentemente na concentração de hemoglobina) também aumenta a quantia de O2 entregue aos tecidos. Muitos dos fatores que aumentam a entrega de O2 também facilitam a remoção do C O2.

O equivalente circulatório

Todos os tecidos consomem O2 a uma taxa particular (V O2) e têm taxas típicas de fluxo de sangue em repouso. O equivalente circulatório (CE O2) reflete quão bem o fluxo de sangue está equilibrado para o consumo de oxigênio do tecido. Como uma referência, o CE O2 para o corpo inteiro é calculado dividindo-se o débito cardíaco total pelo consumo de oxigênio total do organismo (V O2). O CE O2 para o corpo todo é aproximadamente 20 .

Se algum órgão específico tem um CE O2 maior que 20, pode-se considerar que ele está hiper perfundido para o seu V O2. Neste caso, a captação de oxigênio e a diferença arteriovenosa de O2 seriam pequenas (é o que ocorre com os rins, por exemplo). Por outro lado, órgãos como o coração têm um CE O2 muito baixo e são considerados hipo perfundidos com relação ao seu consumo de oxigênio.

Um CE O2 baixo resulta em uma grande diferença arteriovenosa de O2 e uma Pv O2 relativamente baixa. Estes tecidos têm uma taxa de extração de oxigênio aumentada.