Regulação de Gases Respiratórios e Equilíbrio Ácido-Base

Como os animais detectam e estabilizam o oxigénio, o dióxido de carbono e o pH dos seus fluidos corporais, ajustando a ventilação e a troca iónica para manter a química interna dentro de limites estreitos.

Definition

A regulação dos gases respiratórios é o controlo homeostático das pressões parciais de oxigénio e dióxido de carbono nos fluidos corporais através do ajuste da ventilação e perfusão, e o equilíbrio ácido-base é a manutenção do pH dos fluidos corporais dentro de limites estreitos por tamponamento e pela regulação respiratória e excretora do dióxido de carbono e bicarbonato.

Scope

Este tópico abrange a regulação dos gases sanguíneos e do estado ácido-base: quimiorreceptores que monitorizam o oxigénio, o dióxido de carbono e o pH; o controlo reflexo da ventilação e, em animais que respiram na água, da função branquial; o sistema tampão bicarbonato e a sua descrição; e a compensação de distúrbios ácido-base por meios respiratórios e renais ou branquiais. Aborda como estes controlos diferem entre animais que respiram ar e água. A cobertura é comparativa e mecanicista, em vez de clínica.

Core questions

• Como os animais detectam o oxigénio, o dióxido de carbono e o pH nos seus fluidos corporais?
• Como a ventilação é ajustada para manter os gases sanguíneos dentro de limites estreitos?
• Por que o dióxido de carbono é tão central para o equilíbrio ácido-base?
• Como os animais que respiram ar e os que respiram água diferem na regulação do pH?

Key theories

Controlo da ventilação por quimiorreceptores

Quimiorreceptores periféricos e centrais monitorizam o oxigénio, o dióxido de carbono e o pH e impulsionam alterações reflexas na respiração, de modo que a ventilação aumenta quando o dióxido de carbono ou a acidez aumentam ou o oxigénio diminui, estabilizando os gases sanguíneos.

Tampão bicarbonato e interação respiratória-metabólica

O sistema dióxido de carbono-bicarbonato tampona o pH dos fluidos corporais, e como o dióxido de carbono é volátil, o pH pode ser regulado rapidamente pela ventilação e mais lentamente ajustando o bicarbonato através dos rins ou brânquias.

Mechanisms

Os quimiorreceptores detectam desvios no oxigénio, dióxido de carbono e pH e alimentam centros reflexos que ajustam a taxa e a profundidade da respiração, e em animais que respiram na água, a taxa de ventilação branquial. Como o dióxido de carbono forma ácido carbónico, a alteração da ventilação desloca rapidamente o pH dos fluidos corporais: a hiperventilação diminui o dióxido de carbono e aumenta o pH, a hipoventilação faz o inverso. O sistema tampão bicarbonato, governado pela relação entre pH, dióxido de carbono e bicarbonato, absorve cargas ácidas e básicas, enquanto o ajuste mais lento do bicarbonato pelos rins em animais que respiram ar ou pela troca iónica através das brânquias em animais que respiram água compensa distúrbios sustentados. Como a água fria retém muito dióxido de carbono, os animais que respiram na água mantêm níveis mais baixos de dióxido de carbono no sangue e dependem mais do bicarbonato e do transporte iónico do que da ventilação para o controlo do pH.

Clinical relevance

A fisiologia comparada da regulação de gases e ácido-base esclarece as respostas ao exercício, altitude, mergulho e hipoxia ambiental e enquadra a interpretação das medições de gases sanguíneos e pH. Esta entrada é material de referência educacional e não fornece orientação médica.

History

O trabalho de Haldane sobre a regulação da respiração pelo dióxido de carbono e o tratamento quantitativo do tampão bicarbonato por Henderson e Hasselbalch estabeleceram o controlo dos gases sanguíneos e do pH, e a descoberta dos quimiorreceptores arteriais por Heymans identificou os sensores. A fisiologia comparada estendeu estas ideias às estratégias contrastantes de animais que respiram ar e água.

Key figures

• John Scott Haldane
• Lawrence Henderson
• Karl Hasselbalch
• Corneille Heymans

Seminal works

• westsd2012
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Por que a respiração controla o pH do sangue tão rapidamente?

O dióxido de carbono forma ácido no sangue, então mudar a velocidade da respiração aumenta ou diminui rapidamente o dióxido de carbono e, portanto, altera o pH em segundos a minutos.

Os peixes regulam o equilíbrio ácido-base da mesma forma que os mamíferos?

Não inteiramente. Como a água remove facilmente o dióxido de carbono, os peixes dependem menos da alteração da ventilação e mais da troca de iões ácidos e básicos através das suas brânquias para controlar o pH.