Tópicos do Artigo

1. Introdução
2. Como Ocorre a Difusão dos Gases
3. Composição do Ar Alveolar
4. Concentração e Pressão Parcial de Oxigênio
5. Concentração e Pressão Parcial de Gás Carbônico
6. Membrana Respiratória
   • Fatores que Alteram a Difusão
     • Espessura da Membrana
     • Área de Superfície
     • Coeficiente de Difusão
     • Gradiente de Pressão
7. Capacidade de Difusão

Introdução

Depois que os alvéolos recebem ar novo, a próxima etapa da respiração consiste na troca de oxigênio (O2) dos alvéolos para o sangue nos pulmões e de gás carbônico (CO2) no sentido inverso, ou seja, do sangue em direção aos alvéolos. Esse mecanismo de troca ocorre pelo deslocamento natural das moléculas em várias direções, atravessando a membrana respiratória e os fluidos próximos.  

Como Ocorre a Difusão dos Gases

Na fisiologia respiratória, os gases relevantes são formados por moléculas que se deslocam livremente umas em relação às outras por meio da difusão. O mesmo princípio se aplica aos gases dissolvidos nos fluidos presentes nos tecidos do corpo. Para que a difusão aconteça, é necessária uma fonte de energia, proveniente do movimento cinético das moléculas. Esse movimento persiste em qualquer condição, exceto no zero absoluto, temperatura em que toda atividade molecular cessa.  

Quando as moléculas estão livres, sem estarem ligadas a outras, elas se deslocam em linha reta em alta velocidade até colidirem com outras moléculas. Após o impacto, elas mudam de direção e continuam em movimento até novas colisões ocorrerem. Dessa forma, as moléculas se movem de maneira rápida e desordenada, em um processo contínuo e aleatório.  

Composição do Ar Alveolar

A composição gasosa do ar alveolar difere da encontrada no ar atmosférico devido a quatro fatores principais. Primeiramente, apenas uma fração do ar alveolar é renovada a cada ciclo respiratório. Em segundo lugar, o oxigênio (O2) é continuamente transferido do alvéolo para a corrente sanguínea. Terceiro, ocorre a liberação constante de dióxido de carbono (CO2) do sangue para o interior dos alvéolos. Por fim, o ar inspirado, inicialmente seco, passa por um processo de umidificação ao percorrer as vias aéreas antes de alcançar os alvéolos.  

Durante sua passagem pelo trato respiratório, o ar entra em contato com as secreções que revestem as mucosas, tornando-se praticamente saturado de umidade antes de atingir os alvéolos. Em condições normais de temperatura corporal (37°C), a pressão parcial do vapor d’água atinge 47 mmHg, valor idêntico ao observado no ar alveolar. Como a pressão total no interior dos alvéolos deve equilibrar-se com a pressão atmosférica (760 mmHg ao nível do mar), a presença desse vapor d’água reduz proporcionalmente as pressões parciais dos demais gases presentes no ar inspirado.  

Concentração e Pressão Parcial de Oxigênio

O oxigênio presente nos alvéolos é continuamente transferido para o sangue nos capilares pulmonares, enquanto novo oxigênio é reposto durante a inspiração. A concentração de O2 nos alvéolos varia conforme dois processos opostos: sua remoção pela corrente sanguínea e sua reposição pela ventilação pulmonar. Quanto maior for a velocidade de absorção do O2 pelo sangue, menor será sua quantidade nos alvéolos. Por outro lado, quanto mais eficiente for a entrada de novo oxigênio durante a respiração, maior será sua concentração alveolar.  Dessa forma, a pressão parcial e a concentração de oxigênio nos alvéolos dependem de dois fatores principais:  

1. A taxa de difusão do O2 para o sangue – que reduz seu nível nos alvéolos;  
2. A taxa de renovação do O2 pela ventilação pulmonar – que repõe o gás nos alvéolos.  

Esses mecanismos garantem o equilíbrio necessário para as trocas gasosas eficientes no pulmão.  

Concentração e Pressão Parcial de Gás Carbônico

O dióxido de carbono (CO2), produzido continuamente pelo metabolismo celular, é transportado pelo sangue até os alvéolos pulmonares, onde é eliminado através da ventilação. Dois fatores principais influenciam sua pressão parcial nos alvéolos (PCO2):  

1. Produção de CO2 – quanto maior a quantidade de CO2 liberado no sangue (por exemplo, 800 mL/min), maior será a PCO2 alveolar.  
2. Ventilação pulmonar – a PCO2 diminui quando a renovação de ar nos alvéolos é mais eficiente, estabelecendo uma relação inversa entre ventilação e concentração do gás.  

Assim, os níveis de oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2) nos alvéolos são regulados por sua taxa de transferência para o sangue (no caso do O2) ou liberação no alvéolo (no caso do CO2); e pela eficiência da ventilação, que renova os gases no pulmão. Esse equilíbrio dinâmico garante a manutenção das trocas gasosas essenciais para a respiração.  

Membrana Respiratória

A membrana respiratória é composta por várias camadas que trabalham juntas para permitir as trocas gasosas nos pulmões. Internamente, os alvéolos são revestidos por uma película líquida contendo surfactante, uma substância que reduz a tensão superficial e impede o colapso dos alvéolos durante a expiração. Essa camada líquida está em contato direto com o epitélio alveolar, formado por células extremamente finas que permitem a passagem dos gases.

Abaixo do epitélio encontra-se a membrana basal epitelial, que serve como base estrutural para as células. Entre essa membrana e os capilares sanguíneos há um fino espaço intersticial por onde os gases podem se difundir. Os capilares, por sua vez, possuem sua própria membrana basal que, em muitos locais, se funde com a membrana basal do epitélio, eliminando quase completamente o espaço entre eles. Por fim, o interior dos capilares é revestido por células endoteliais, completando assim a barreira entre o ar alveolar e o sangue.

Essa organização especializada, com suas múltiplas camadas extremamente finas, permite que o oxigênio e o dióxido de carbono atravessem rapidamente a membrana durante o processo respiratório. A eficiência dessa estrutura é fundamental para garantir as trocas gasosas necessárias à nossa sobrevivência.

Fatores que Alteram a Difusão 

Assim como ocorre na difusão de gases em meio líquido, os mesmos princípios físicos se aplicam às trocas gasosas através da membrana respiratória. Quatro elementos principais determinam a velocidade desse processo:  

Espessura da Membrana

Quanto mais fina a barreira, mais eficiente será a troca gasosa. Condições como o acúmulo de líquido (edema pulmonar) aumentam a distância que os gases precisam percorrer, prejudicando a difusão. Esse processo aumenta significativamente a distância que os gases precisam percorrer, obrigando-os a atravessar não apenas as camadas habituais da membrana, mas também essa barreira líquida adicional.

Área de Superfície

A eficiência das trocas depende diretamente da extensão da membrana disponível. Situações como a remoção cirúrgica de um pulmão ou a destruição de alvéolos no enfisema (onde múltiplas cavidades se fundem em bolhas maiores) reduzem drasticamente essa área, comprometendo a respiração. No enfisema pulmonar, observa-se um fenômeno característico: múltiplos alvéolos se fundem em grandes bolhas devido à destruição de seus septos, criando cavidades amplas mas com uma redução que pode chegar a 80% da área original de troca gasosa.

Coeficiente de Difusão

Este fator está relacionado à capacidade do gás de se dissolver na membrana e ao seu peso molecular. Por exemplo, o CO2, mais solúvel e com menor massa molecular, difunde-se cerca de 20 vezes mais rápido que o O2, enquanto o oxigênio tem velocidade aproximadamente dobrada em relação ao nitrogênio. O coeficiente de difusão varia conforme a solubilidade da substância nos tecidos da membrana e é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa molecular. Na prática, isso significa que, sob as mesmas condições de pressão, o dióxido de carbono atravessa a barreira cerca de vinte vezes mais rápido que o oxigênio, enquanto este último difunde-se com o dobro da velocidade do nitrogênio

Gradiente de Pressão

A diferença de pressão parcial entre os alvéolos e o sangue capilar direciona o movimento dos gases. Quanto maior essa diferença, mais eficiente será a transferência. Essa diferença de pressão não apenas determina a velocidade do processo, mas também estabelece a direção preferencial do fluxo das moléculas gasosas através da barreira alvéolo-capilar.

Capacidade de Difusão

A eficiência das trocas gasosas nos pulmões pode ser medida quantitativamente através do conceito de capacidade de difusão, que representa o volume de um gás capaz de atravessar a membrana alvéolo-capilar em um minuto, quando submetido a um gradiente de pressão de 1 mmHg.

Em adultos jovens saudáveis em repouso, a capacidade de difusão para o oxigênio situa-se em média em 21 mL/min por mmHg. Na prática clínica, esse valor adquire significado quando relacionado com o gradiente de pressão médio observado durante a respiração tranquila, que é de aproximadamente 11 mmHg. O produto desses valores (21 mL/min/mmHg × 11 mmHg) revela um fluxo de oxigênio de cerca de 230 mL por minuto, valor que corresponde precisamente ao consumo médio de oxigênio do organismo em repouso.

No caso do dióxido de carbono, a determinação da capacidade de difusão apresenta desafios técnicos significativos. A extrema rapidez com que este gás atravessa a membrana respiratória resulta em diferenças de pressão parcial entre o sangue capilar e os alvéolos inferiores a 1 mmHg. Essa mínima variação está abaixo do limiar de detecção dos métodos de mensuração atualmente disponíveis, tornando inviável a quantificação precisa dessa capacidade de difusão com as tecnologias existentes.

Referências Bibliográficas

1. HALL, J. E.; HALL, M. E. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. 13. ed. [S.l.]: Elsevier, 2016.
2. SARDINHA, V. Tipos de respiração dos animais. Mundo Educação. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/tipos-de-respiracao-dos-animais.htm.
3. SAÚDE, I. Edema pulmonar, quais as causas? Inspire Saúde. Disponível em: https://www.inspiresaude.pt/geral/edema-pulmonar-quais-as-causas/.
4. EXPLICAÊ. Sistema Respiratório para o Enem. Blog Explicaê. Disponível em: https://blog.explicae.com.br/ciencias-humanas/sistema-respiratorio.