Insuficiência respiratória - Causas e patogénese

Causas e mecanismos de insuficiência respiratória ventilatória e parenquimatosa

A insuficiência respiratória ocorre quando qualquer um dos componentes funcionais do sistema respiratório é interrompido – o parênquima pulmonar, a parede torácica, a circulação pulmonar, o estado da membrana alvéolo-capilar e a regulação nervosa e humoral da respiração. Dependendo da prevalência de certas alterações na composição gasosa do sangue, distinguem-se duas formas principais de insuficiência respiratória – ventilatória (hipercápnica) e parenquimatosa (hipoxêmica), cada uma das quais pode ser aguda ou crônica.

Insuficiência respiratória ventilatória (hipercápnica)

A forma ventilatória (hipercápnica) da insuficiência respiratória é caracterizada principalmente por uma diminuição total no volume de ventilação alveolar (hipoventilação alveolar) e volume respiratório minuto (VRM), uma diminuição na remoção de CO2 do corpo e, consequentemente, o desenvolvimento de hipercapnia (PaCO2> 50 mm Hg) e, em seguida, hipoxemia.

As causas e os mecanismos de desenvolvimento da insuficiência respiratória ventilatória estão intimamente relacionados à interrupção do processo de remoção de dióxido de carbono do corpo. Como se sabe, o processo de troca gasosa nos pulmões é determinado por:

• nível de ventilação alveolar;
• capacidade de difusão da membrana alvéolo-capilar em relação ao O ₂ e ao CO ₂;
• magnitude de perfusão;
• a relação entre ventilação e perfusão (relação ventilação-perfusão).

Do ponto de vista funcional, todas as vias aéreas dos pulmões são divididas em vias de condução e uma zona de troca gasosa (ou difusão). Na área das vias de condução (traqueia, brônquios, bronquíolos e bronquíolos terminais), durante a inalação, ocorre um movimento progressivo do ar e a mistura mecânica (convecção) de uma porção fresca do ar atmosférico com o gás que estava no espaço morto fisiológico antes da próxima inalação. Portanto, essa área tem outro nome: zona de convecção. É evidente que a intensidade do enriquecimento da zona de convecção com oxigênio e a diminuição da concentração de dióxido de carbono são determinadas, sobretudo, pela intensidade da ventilação pulmonar e pelo valor do volume minuto respiratório (VMI).

É característico que, à medida que nos aproximamos de gerações menores das vias aéreas (da 1ª à 16ª geração), o movimento para a frente do fluxo de ar diminua gradualmente e, no limite da zona de convecção, cesse completamente. Isso se deve a um aumento acentuado na área transversal total combinada de cada geração subsequente de brônquios e, consequentemente, a um aumento significativo na resistência total dos pequenos brônquios e bronquíolos.

As gerações subsequentes das vias aéreas (da 17ª à 23ª), incluindo os bronquíolos respiratórios, as passagens alveolares, os sacos alveolares e os alvéolos, pertencem à zona de troca gasosa (difusão), na qual ocorre a difusão dos gases através da membrana alvéolo-capilar. Na zona de difusão, os gases "macroscópicos" diurnos | azuis, tanto durante os movimentos respiratórios quanto durante a tosse, estão completamente ausentes (V.Yu. Shanin). A troca gasosa aqui é realizada apenas devido ao processo molecular de difusão de oxigênio e dióxido de carbono. Nesse caso, a taxa de movimento molecular do CO₂ – da zona de convecção, através de toda a zona de difusão até os alvéolos e capilares, bem como do CO₂ – dos alvéolos para a zona de convecção – é determinada por três fatores principais:

• gradiente de pressão parcial dos gases na fronteira das zonas de convecção e difusão;
• temperatura ambiente;
• coeficiente de difusão para um determinado gás.

É importante notar que o nível de ventilação pulmonar e a MOD quase não têm efeito no processo de movimento das moléculas de CO2 e O2 diretamente na zona de difusão.

Sabe-se que o coeficiente de difusão do dióxido de carbono é aproximadamente 20 vezes maior que o do oxigênio. Isso significa que a zona de difusão não cria um grande obstáculo para o dióxido de carbono, e sua troca é quase inteiramente determinada pelo estado da zona de convecção, ou seja, pela intensidade dos movimentos respiratórios e pelo valor da MOD. Com uma diminuição total da ventilação e do volume respiratório minuto, a "lavagem" do dióxido de carbono da zona de convecção cessa e sua pressão parcial aumenta. Como resultado, o gradiente de pressão de CO2 _na fronteira das zonas de convecção e difusão diminui, a intensidade de sua difusão do leito capilar para os alvéolos cai drasticamente e ocorre hipercapnia.

Em outras situações clínicas (por exemplo, na insuficiência respiratória parenquimatosa), quando, em determinado estágio do desenvolvimento da doença, há uma hiperventilação compensatória pronunciada dos alvéolos intactos, a taxa de "lavagem" de dióxido de carbono da zona de convecção aumenta significativamente, o que leva a um aumento do gradiente de pressão de CO2 _na fronteira das zonas de convecção e difusão e ao aumento da remoção de dióxido de carbono do corpo. Como resultado, desenvolve-se hipocapnia.

Ao contrário do dióxido de carbono, a troca de oxigênio nos pulmões e a pressão parcial de dióxido de carbono no sangue arterial (PaO2 ₎ dependem principalmente do funcionamento da zona de difusão, em particular do coeficiente de difusão de O2 _e do estado do fluxo sanguíneo capilar (perfusão), enquanto o nível de ventilação e o estado da zona de convecção afetam esses indicadores apenas em pequena medida. Portanto, com o desenvolvimento de insuficiência respiratória ventilatória no contexto de uma diminuição total do volume minuto de respiração, ocorre primeiro a hipercapnia e somente depois (geralmente em estágios mais avançados do desenvolvimento da insuficiência respiratória) - a hipoxemia.

Assim, a forma ventilatória (hipercápnica) da insuficiência respiratória indica a falha da "bomba respiratória". Pode ser causada pelos seguintes motivos:

1. Distúrbios da regulação central da respiração:
   • edema cerebral afetando suas partes do tronco e a área do centro respiratório;
   • AVC;
   • lesões cerebrais traumáticas;
   • neuroinfecção;
   • efeitos tóxicos no centro respiratório;
   • hipóxia do cérebro, por exemplo, na insuficiência cardíaca grave;
   • overdose de medicamentos que deprimem o centro respiratório (analgésicos narcóticos, sedativos, barbitúricos, etc.).
2. Danos ao aparelho que assegura os movimentos respiratórios do tórax, ou seja, perturbações no funcionamento dos chamados “foles torácicos” (sistema nervoso periférico, músculos respiratórios, tórax):
   • deformidades do tórax (cifose, escoliose, cifoescoliose, etc.);
   • fraturas de costelas e coluna;
   • toracotomia;
   • disfunção dos nervos periféricos (principalmente o nervo frênico - síndrome de Guillain-Barré, poliomielite, etc.);
   • distúrbios da transmissão neuromuscular (miastenia);
   • fadiga ou atrofia dos músculos respiratórios no contexto de tosse intensa prolongada, obstrução das vias aéreas, distúrbios respiratórios restritivos, ventilação mecânica prolongada, etc.);
   • uma diminuição na eficiência do diafragma (por exemplo, quando ele se achata).
3. Distúrbios respiratórios restritivos acompanhados de diminuição da VM:
   • pneumotórax pronunciado;
   • derrame pleural maciço;
   • doenças pulmonares intersticiais;
   • pneumonia total e subtotal, etc.

Assim, a maioria das causas de insuficiência respiratória ventilatória está associada a distúrbios do aparelho respiratório extrapulmonar e sua regulação (SNC, tórax, músculos respiratórios). Dentre os mecanismos "pulmonares" da insuficiência respiratória ventilatória, as insuficiências respiratórias restritivas são de fundamental importância, causadas pela diminuição da capacidade dos pulmões, tórax ou pleura de se endireitarem durante a inspiração. As insuficiências restritivas se desenvolvem em muitas doenças agudas e crônicas do sistema respiratório. Nesse sentido, no contexto da insuficiência respiratória ventilatória, distingue-se um tipo especial de insuficiência respiratória restritiva, mais frequentemente causada pelas seguintes causas:

• doenças da pleura que limitam a excursão do pulmão (pleurisia exsudativa, hidrotórax, pneumotórax, fibrotórax, etc.);
• redução do volume do parênquima pulmonar funcionante (atelectasia, pneumonia, ressecção pulmonar, etc.);
• infiltração inflamatória ou hemodinamicamente condicionada do tecido pulmonar, levando a um aumento da “rigidez” do parênquima pulmonar (pneumonia, edema pulmonar intersticial ou alveolar na insuficiência cardíaca ventricular esquerda, etc.);
• pneumosclerose de várias etiologias, etc.

Também deve ser levado em consideração que a hipercapnia e a insuficiência respiratória ventilatória podem ser causadas por quaisquer processos patológicos acompanhados por uma diminuição total da ventilação alveolar e do volume respiratório minuto. Tal situação pode surgir, por exemplo, com obstrução grave das vias aéreas (asma brônquica, bronquite obstrutiva crônica, enfisema pulmonar, discinesia da parte membranosa da traqueia, etc.), com uma diminuição significativa do volume dos alvéolos funcionais (atelectasia, doenças pulmonares intersticiais, etc.) ou com fadiga e atrofia significativas dos músculos respiratórios. Embora em todos esses casos, outros mecanismos fisiopatológicos (distúrbios na difusão gasosa, relações ventilação-perfusão, fluxo sanguíneo capilar nos pulmões, etc.) estejam envolvidos no desenvolvimento da insuficiência respiratória. Nesses casos, como regra, estamos falando da formação de insuficiência respiratória mista ventilatória e parenquimatosa.

Deve-se acrescentar também que, na insuficiência respiratória ventilatória aguda, o aumento da PaCO₂ geralmente é acompanhado por uma diminuição do pH sanguíneo e pelo desenvolvimento de acidose respiratória, causada pela diminuição da relação HCO₂/H₂CO₂, que, como se sabe, determina o valor do pH. Na insuficiência respiratória crônica do tipo ventilatório, essa diminuição pronunciada do pH não ocorre devido a um aumento compensatório da concentração de carbonatos no soro sanguíneo.

1. A insuficiência respiratória ventilatória (hipercápnica) é caracterizada por:

1. hipoventilação alveolar total e diminuição do volume respiratório minuto,
2. hipercapnia,
3. hipoxemia (em estágios posteriores de insuficiência respiratória),
4. sinais de acidose respiratória compensada ou descompensada.

2. Os principais mecanismos de desenvolvimento da forma ventilatória (hipercápnica) da insuficiência respiratória:

1. interrupção da regulação central da respiração;
2. danos ao aparelho que proporciona os movimentos respiratórios do tórax (nervos periféricos, músculos respiratórios, parede torácica);
3. distúrbios restritivos pronunciados acompanhados por uma diminuição do MOD.

Insuficiência respiratória parenquimatosa

A forma parenquimatosa (hipoxêmica) de insuficiência respiratória é caracterizada por uma interrupção significativa do processo de oxigenação do sangue nos pulmões, o que leva a uma diminuição predominante de PaO2 no sangue arterial - hipoxemia.

Os principais mecanismos de desenvolvimento de hipoxemia na forma parenquimatosa de insuficiência respiratória:

1. violação das relações ventilação-perfusão (//0) com a formação de "desvio" de sangue direito-esquerdo-coração (shunt alveolar) ou aumento do espaço morto alveolar;
2. redução da superfície funcional total das membranas alvéolo-capilares;
3. violação da difusão de gases.

Violação das relações ventilação-perfusão

A ocorrência de insuficiência respiratória hipoxêmica em muitas doenças dos órgãos respiratórios é mais frequentemente causada por uma violação da relação ventilação-perfusão. Normalmente, a relação ventilação-perfusão é de 0,8-1,0. Existem duas variantes possíveis de violações dessas relações, cada uma das quais pode levar ao desenvolvimento de insuficiência respiratória.

Hipoventilação local dos alvéolos. Nesta variante da insuficiência respiratória parenquimatosa, a hipoxemia ocorre se um fluxo sanguíneo suficientemente intenso continuar através de alvéolos mal ventilados ou não ventilados. A relação ventilação-perfusão é reduzida aqui (V/Q < 0,8), o que leva à descarga de sangue venoso insuficientemente oxigenado nessas áreas do pulmão para as câmaras esquerdas do coração e para a circulação sistêmica (derivação venosa). Isso causa uma diminuição da pressão parcial de O2 _no sangue arterial - hipoxemia.

Se não houver ventilação em tal seção com fluxo sanguíneo preservado, a relação V/Q se aproxima de zero. É nesses casos que se forma um shunt alveolar direito-esquerdo, através do qual o sangue venoso não oxigenado é "lançado" para as seções esquerdas do coração e da aorta, reduzindo a PaO₂ _no sangue arterial. A hipoxemia se desenvolve por esse mecanismo em doenças pulmonares obstrutivas, pneumonia, edema pulmonar e outras doenças acompanhadas por uma diminuição irregular (local) da ventilação alveolar e pela formação de shunt venoso. Nesse caso, diferentemente da insuficiência respiratória ventilatória, o volume minuto total de ventilação não diminui por um longo período, havendo até uma tendência à hiperventilação dos pulmões.

Deve-se enfatizar que, nos estágios iniciais da insuficiência respiratória parenquimatosa, a hipercapnia não se desenvolve, uma vez que a hiperventilação acentuada dos alvéolos intactos, acompanhada pela remoção intensiva de CO2 _do corpo, compensa completamente os distúrbios locais na troca de CO2 _. Além disso, com a hiperventilação acentuada dos alvéolos intactos, ocorre hipocapnia, o que por si só agrava os distúrbios respiratórios.

Isso se deve principalmente ao fato de que a hipocapnia reduz a adaptação do corpo à hipóxia. Como se sabe, uma diminuição da PaCO₂ no sangue desloca a curva de dissociação da hemoglobina para a esquerda, o que aumenta a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio e reduz a liberação de O₂ _nos tecidos periféricos. Assim, a hipocapnia que ocorre nos estágios iniciais da insuficiência respiratória parenquimatosa aumenta ainda mais a privação de oxigênio dos órgãos e tecidos periféricos.

Além disso, a diminuição da PaCO2 _reduz os impulsos aferentes dos receptores do seio carotídeo e da medula oblonga e diminui a atividade do centro respiratório.

Por fim, a hipocapnia altera a proporção de bicarbonato para dióxido de carbono no sangue, levando a um aumento de HCO3/H2CO3 e pH e ao desenvolvimento de alcalose respiratória (na qual os vasos sanguíneos sofrem espasmos e o suprimento de sangue para os órgãos vitais se deteriora).

Deve-se acrescentar que nos estágios finais do desenvolvimento da insuficiência respiratória parenquimatosa, não apenas a oxigenação do sangue é prejudicada, mas também a ventilação dos pulmões (por exemplo, devido à fadiga dos músculos respiratórios ou aumento da rigidez dos pulmões devido ao edema inflamatório), e ocorre hipercapnia, refletindo a formação de uma forma mista de insuficiência respiratória, combinando os sinais de insuficiência respiratória parenquimatosa e ventilatória.

Na maioria das vezes, a insuficiência respiratória parenquimatosa e a redução crítica na relação ventilação-perfusão se desenvolvem em doenças pulmonares acompanhadas de hipoventilação local (irregular) dos alvéolos. Existem muitas dessas doenças:

• doenças pulmonares obstrutivas crônicas (bronquite obstrutiva crônica, bronquiolite, asma brônquica, fibrose cística, etc.);
• câncer de pulmão central;
• pneumonia;
• tuberculose pulmonar, etc.

Em todas as doenças acima, há, em graus variados, obstrução das vias aéreas causada por infiltração inflamatória irregular e edema grave da mucosa brônquica (bronquite, bronquiolite), aumento da quantidade de secreção viscosa (escarro) nos brônquios (bronquite, bronquiolite, bronquiectasia, pneumonia, etc.), espasmo da musculatura lisa dos pequenos brônquios (asma brônquica), fechamento expiratório precoce (colapso) dos pequenos brônquios (mais pronunciado em pacientes com enfisema pulmonar), deformação e compressão dos brônquios por tumor, corpo estranho, etc. Portanto, é aconselhável distinguir um tipo especial - obstrutivo - de insuficiência respiratória causada por passagem de ar prejudicada pelas vias aéreas grandes e/ou pequenas, que na maioria dos casos é considerada dentro do quadro de insuficiência respiratória parenquimatosa. Ao mesmo tempo, com obstrução grave das vias aéreas, em vários casos a ventilação pulmonar e a VM são significativamente reduzidas, e desenvolve-se insuficiência respiratória ventilatória (ou, mais precisamente, mista).

Aumento do espaço morto alveolar. Outra variante da alteração na relação ventilação-perfusão está associada a distúrbios locais do fluxo sanguíneo pulmonar, por exemplo, com trombose ou embolia dos ramos da artéria pulmonar. Nesse caso, apesar da preservação da ventilação normal dos alvéolos, a perfusão de uma área limitada do tecido pulmonar diminui acentuadamente (V/Q > 1,0) ou é completamente ausente. Ocorre o efeito de um aumento repentino do espaço morto funcional e, se seu volume for grande o suficiente, desenvolve-se hipoxemia. Nesse caso, ocorre um aumento compensatório na concentração de CO2 no ar exalado dos alvéolos normalmente perfundidos, o que geralmente nivela completamente o distúrbio da troca de dióxido de carbono nos alvéolos não perfundidos. Em outras palavras, essa variante da insuficiência respiratória parenquimatosa também não é acompanhada por um aumento na pressão parcial de CO2 _no sangue arterial.

A insuficiência respiratória parenquimatosa pelo mecanismo de aumento do espaço morto alveolar e dos valores V/Q se desenvolve mais frequentemente nas seguintes doenças:

1. Tromboembolia dos ramos da artéria pulmonar.
2. Síndrome do desconforto respiratório do adulto.

Redução da superfície funcional da membrana alvéolo-capilar

No enfisema pulmonar, fibrose pulmonar intersticial, atelectasia compressiva e outras doenças, a oxigenação sanguínea pode diminuir devido à diminuição da superfície funcional total da membrana alvéolo-capilar. Nesses casos, como em outras variantes de insuficiência respiratória parenquimatosa, as alterações na composição gasosa sanguínea manifestam-se principalmente por hipoxemia arterial. Em estágios mais avançados da doença, por exemplo, com fadiga e atrofia dos músculos respiratórios, pode ocorrer hipercapnia.

Distúrbios de difusão de gases

O coeficiente de difusão do oxigênio é relativamente baixo; sua difusão é prejudicada em muitas doenças pulmonares, acompanhadas por edema inflamatório ou hemodinâmico do tecido intersticial e aumento da distância entre a superfície interna dos alvéolos e os capilares (pneumonia, doenças pulmonares intersticiais, pneumosclerose, edema pulmonar hemodinâmico na insuficiência cardíaca ventricular esquerda, etc.). Na maioria dos casos, a oxigenação sanguínea prejudicada nos pulmões é causada por outros mecanismos fisiopatológicos de insuficiência respiratória (por exemplo, diminuição da relação ventilação-perfusão), e a diminuição da taxa de difusão de O₂ _apenas a agrava.

Como a taxa de difusão do CO2 _é 20 vezes maior que a do O2 _, a transferência de dióxido de carbono através da membrana alvéolo-capilar só pode ser prejudicada se ela estiver significativamente espessada ou se houver dano generalizado ao tecido pulmonar. Portanto, na maioria dos casos, o comprometimento da capacidade de difusão dos pulmões apenas agrava a hipoxemia.

• A insuficiência respiratória parenquimatosa (hipoxêmica) é na maioria dos casos caracterizada por:
  • hipoventilação alveolar local irregular sem diminuição da taxa geral de VM,
  • hipoxemia grave,
  • no estágio inicial do desenvolvimento da insuficiência respiratória - hiperventilação de alvéolos intactos, acompanhada de hipocapnia e alcalose respiratória,
  • em estágios posteriores do desenvolvimento de insuficiência respiratória - adição de distúrbios ventilatórios, acompanhados de hipercapnia e acidose respiratória ou metabólica (estágio de insuficiência respiratória mista).
• Os principais mecanismos de desenvolvimento da forma parenquimatosa (hipoxêmica) da insuficiência respiratória:
  • violação das relações ventilação-perfusão no tipo obstrutivo de insuficiência respiratória ou dano ao leito capilar dos pulmões,
  • redução da superfície funcional total da membrana alvéolo-capilar,
  • violação da difusão de gases.

Distinguir entre as duas formas de insuficiência respiratória (ventilatória e parenquimatosa) é de grande importância prática. No tratamento da forma ventilatória da insuficiência respiratória, o suporte respiratório é mais eficaz, permitindo a restauração do volume respiratório minuto reduzido. Ao contrário, na forma parenquimatosa da insuficiência respiratória, a hipoxemia é causada por uma violação da relação ventilação-perfusão (por exemplo, a formação de "shunt" venoso do sangue); portanto, a terapia inalatória de oxigênio, mesmo em altas concentrações (alta FiO2), é ineficaz. O aumento artificial da VM (por exemplo, com o auxílio de ventilação artificial) também é de pouca utilidade. A melhora estável na insuficiência respiratória parenquimatosa só pode ser alcançada pela correção adequada da relação ventilação-perfusão e pela eliminação de alguns outros mecanismos de desenvolvimento dessa forma de insuficiência respiratória.

A verificação clínica e instrumental dos tipos obstrutivos e restritivos de insuficiência respiratória também é de importância prática, pois permite escolher as táticas ideais para o manejo de pacientes com insuficiência respiratória.

Na prática clínica, frequentemente se encontra uma variante mista de insuficiência respiratória, acompanhada tanto por comprometimento da oxigenação sanguínea (hipoxemia) quanto por hipoventilação alveolar total (hipercapnia e hipoxemia). Por exemplo, na pneumonia grave, as relações ventilação-perfusão são interrompidas e um shunt alveolar é formado, resultando em diminuição da PaO2 e desenvolvimento de hipoxemia. A infiltração inflamatória maciça do tecido pulmonar é frequentemente acompanhada por um aumento significativo da rigidez pulmonar, resultando na diminuição da ventilação alveolar e da taxa de "lavagem" de dióxido de carbono, levando ao desenvolvimento de hipercapnia.

O comprometimento progressivo da ventilação e o desenvolvimento de hipercapnia também são facilitados pela fadiga grave dos músculos respiratórios e pela limitação do volume dos movimentos respiratórios quando surge dor pleural.

Por outro lado, em algumas doenças restritivas acompanhadas de insuficiência respiratória ventilatória e hipercapnia, mais cedo ou mais tarde desenvolvem-se distúrbios de permeabilidade brônquica, as relações ventilação-perfusão diminuem e um componente parenquimatoso de insuficiência respiratória, acompanhado de hipoxemia, se junta. No entanto, em qualquer caso, é importante avaliar os mecanismos predominantes de insuficiência respiratória.

Desequilíbrios ácido-base

Várias formas de insuficiência respiratória podem ser acompanhadas por desequilíbrio ácido-base, que é mais típico em pacientes com insuficiência respiratória aguda, incluindo aquela que se desenvolve em um contexto de insuficiência respiratória crônica de longa duração. É nesses casos que a acidose respiratória ou metabólica descompensada ou a alcalose respiratória se desenvolvem com mais frequência, agravando significativamente a insuficiência respiratória e contribuindo para o desenvolvimento de complicações graves.

Mecanismos para manter o equilíbrio ácido-base

O equilíbrio ácido-base é a razão entre as concentrações de íons hidrogênio (H ⁺ ) e hidroxila (OH- ⁾ no ambiente interno do corpo. A reação ácida ou alcalina de uma solução depende do teor de íons hidrogênio nela contidos. Um indicador desse teor é o valor do pH, que é o logaritmo decimal negativo da concentração molar de íons H ^+:

PH = - [H ⁺ ].

Isso significa, por exemplo, que em pH = 7,4 (reação neutra do ambiente), a concentração de íons H ^{+, ou seja, [H+} ], é igual a 10 ^-7,4 mmol/l. Com o aumento da acidez do ambiente biológico, seu pH diminui e, com a diminuição da acidez, ele aumenta.

O valor do pH é um dos parâmetros sanguíneos mais "rígidos". Suas flutuações são normalmente extremamente insignificantes: de 7,35 a 7,45. Mesmo pequenos desvios do pH em relação ao nível normal, em direção à diminuição (acidose) ou ao aumento (alcalose), levam a uma alteração significativa nos processos de oxirredução, na atividade enzimática, na permeabilidade das membranas celulares e em outros distúrbios repletos de consequências perigosas para a atividade vital do organismo.

A concentração de íons de hidrogênio é determinada quase inteiramente pela proporção de bicarbonato para dióxido de carbono:

HCO3 ^- / _H2CO3

O conteúdo dessas substâncias no sangue está intimamente relacionado ao processo de transferência de dióxido de carbono (CO₂ ₎ dos tecidos para os pulmões. O CO₂ dissolvido fisicamente _{difunde-se dos tecidos para o eritrócito, onde, sob a influência da enzima anidrase carbônica, a molécula (CO₂)} é hidratada para formar ácido carbônico H₂CO₂ _, que imediatamente se dissocia para formar íons de bicarbonato de hidrogênio (HCO₂-) ⁽ H₂ ⁺ ):

CO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ CO ₃ ↔ NCO ^3- + H ⁺

^{Parte dos íons HCO3-} acumulados nos eritrócitos, de acordo com o gradiente de concentração, vai para o plasma. Nesse caso, em troca do ^{íon HCO3-, o cloro (Cl-)} entra no eritrócito, interrompendo a distribuição de equilíbrio das cargas elétricas.

Os íons H ⁺ formados pela dissociação do dióxido de carbono são ligados à molécula de mioglobina. Finalmente, parte do CO2 _pode ser ligada por ligação direta aos grupos amino do componente proteico da hemoglobina para formar um resíduo de ácido carbâmico (NHCOOH). Assim, no sangue que flui dos tecidos, 27% do CO2 é transportado como bicarbonato (HCO3- ⁾ nos eritrócitos, 11% do CO2 _forma um composto carbâmico com a hemoglobina (carbohemoglobina), cerca de 12% do CO2 _permanece na forma dissolvida ou na forma de ácido carbônico não dissociado (H2CO3), e a quantidade restante de CO2 ₍ cerca de 50%) é dissolvida como HCO3- ^no plasma.

Normalmente, a concentração de bicarbonato (HCO3- ⁾ no plasma sanguíneo é 20 vezes maior que a de dióxido de carbono (H2CO3). É nessa proporção de HCO3- ^e H2CO3 que o pH normal de 7,4 é mantido. Se a concentração de bicarbonato ou dióxido de carbono mudar, sua proporção muda, e o pH se desloca para o lado ácido (acidose) ou alcalino (alcalose). Nessas condições, a normalização do pH requer a ativação de uma série de mecanismos reguladores compensatórios que restauram a proporção anterior de ácidos e bases no plasma sanguíneo, bem como em vários órgãos e tecidos. Os mais importantes desses mecanismos reguladores são:

1. Sistemas tampão de sangue e tecidos.
2. Alterações na ventilação pulmonar.
3. Mecanismos de regulação renal do equilíbrio ácido-base.

Os sistemas tampão do sangue e dos tecidos consistem em um ácido e uma base conjugada.

Ao interagir com ácidos, estes são neutralizados pelo componente alcalino do tampão; ao entrar em contato com bases, seu excesso se liga ao componente ácido.

O tampão de bicarbonato tem uma reação alcalina e consiste em ácido carbônico fraco (H2CO3) e seu sal de sódio, o bicarbonato de sódio (NaHCO3), como base conjugada. Ao interagir com o ácido, o componente alcalino do tampão de bicarbonato (TaHCO3) o neutraliza, formando H2CO3, que se dissocia em CO2 _e H2O _. O excesso é removido com o ar expirado. Ao interagir com as bases, o componente ácido do tampão (H2CO3) se liga ao excesso de bases, formando bicarbonato (HCO3- ⁾, que é então excretado pelos rins.

O tampão fosfato consiste em fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4), que atua como ácido, e fosfito de sódio dibásico (NaH2PO4), que atua como base conjugada. O princípio de ação deste tampão é o mesmo do tampão bicarbonato, mas sua capacidade de tamponamento é pequena devido ao baixo teor de fosfato no sangue.

Tampão proteico. As propriedades tampão das proteínas plasmáticas (albumina, etc.) e da hemoglobina eritrocitária estão relacionadas ao fato de que os aminoácidos que elas contêm contêm grupos ácidos (COOH) e básicos (NH2 ₎ e podem se dissociar para formar íons hidrogênio e hidroxila, dependendo da reação do meio. A hemoglobina é responsável pela maior parte da capacidade tampão do sistema proteico. Na faixa de pH fisiológico, a oxihemoglobina é um ácido mais forte do que a desoxihemoglobina (hemoglobina reduzida). Portanto, ao liberar oxigênio nos tecidos, a hemoglobina reduzida adquire uma maior capacidade de se ligar a íons H ⁺. Ao absorver oxigênio nos pulmões, a hemoglobina adquire propriedades ácidas.

As propriedades tamponantes do sangue são essencialmente determinadas pelo efeito combinado de todos os grupos aniônicos de ácidos fracos, sendo os mais importantes os bicarbonatos e os grupos aniônicos de proteínas ("proteinatos"). Esses ânions, que possuem efeitos tamponantes, são chamados de bases tamponantes (BB).

A concentração total de bases tampão no sangue é de cerca de <18 mmol/l e não depende de alterações na pressão de CO2 _no sangue. De fato, com o aumento da pressão de CO2 _no sangue, quantidades iguais de H ⁺ e HCO3- ^são formadas. As proteínas se ligam aos íons H ⁺, o que leva a uma diminuição na concentração de proteínas "livres" com propriedades tampão. Ao mesmo tempo, o teor de bicarbonato aumenta na mesma proporção, e a concentração total de bases tampão permanece a mesma. Por outro lado, com a diminuição da pressão de CO2 no sangue, o teor de proteinato aumenta e a concentração de bicarbonato diminui.

Se o conteúdo de ácidos não voláteis no sangue mudar (ácido láctico na hipóxia, ácido acetoacético e beta-hidroxibutírico no diabetes mellitus, etc.), a concentração total de bases tampão será diferente do normal.

O desvio do conteúdo de bases-tampão em relação ao nível normal (48 mmol/l) é denominado excesso de bases (BE); normalmente é zero. Com um aumento patológico no número de bases-tampão, o BE torna-se positivo e, com uma diminuição, torna-se negativo. Neste último caso, é mais correto usar o termo "déficit de bases".

O indicador BE permite-nos, assim, avaliar alterações nas “reservas” de bases tampão quando o conteúdo de ácidos não voláteis no sangue muda, e diagnosticar até alterações ocultas (compensadas) no equilíbrio ácido-base.

Alterações na ventilação pulmonar são o segundo mecanismo regulador que garante a constância do pH do plasma sanguíneo. Quando o sangue passa pelos pulmões, ocorrem reações nos eritrócitos e no plasma sanguíneo opostas às descritas acima:

H ⁺ + HCO ^3- H2CO3 ↔ CO2+ H2O.

Isso significa que, quando o CO2 é removido do sangue, _um número aproximadamente equivalente de íons H ⁺ desaparece. Consequentemente, a respiração desempenha um papel extremamente importante na manutenção do equilíbrio ácido-base. Assim, se, como resultado de distúrbios metabólicos nos tecidos, a acidez sanguínea aumenta e um estado de acidose metabólica moderada (não respiratória) se desenvolve, a intensidade da ventilação pulmonar (hiperventilação) aumenta reflexivamente (o centro respiratório). Como resultado, uma grande quantidade de CO2 e, consequentemente, íons de hidrogênio (H ⁺ ) são removidos, devido ao qual o pH retorna ao nível original. Por outro lado, um aumento no conteúdo de base (alcalose metabólica não respiratória) é acompanhado por uma diminuição na intensidade da ventilação (hipoventilação), a pressão de CO2 _e a concentração de íons H ⁺ aumentam e a mudança do pH para o lado alcalino é compensada.

O papel dos rins. O terceiro regulador do equilíbrio ácido-base são os rins, que removem íons H ⁺ do corpo e reabsorvem bicarbonato de sódio (NaHCO3). Esses processos importantes são realizados principalmente nos túbulos renais. São utilizados três mecanismos principais:

Troca de íons hidrogênio por íons sódio. Este processo baseia-se na reação ativada pela anidrase carbônica: CO2 ₊ H2O ₌ H2CO3 _; o dióxido de carbono resultante (H2CO3) dissocia-se em íons H + _e^HCO3-. ^{Os íons são liberados no lúmen dos túbulos, e uma quantidade equivalente de íons sódio (Na+} ) entra do fluido tubular em seu lugar. Como resultado, o corpo é liberado de íons hidrogênio e, ao mesmo tempo, repõe suas reservas de bicarbonato de sódio (NaHCO3), que é reabsorvido no tecido intersticial do rim e entra no sangue.

^{Acidogênese. A troca de} íons H+ por íons Na ⁺ ocorre de maneira semelhante, com a participação do fosfato dibásico. Os íons hidrogênio liberados no lúmen do túbulo são ligados pelo ânion HPO4 ^2- para formar fosfato de sódio monobásico (NaH2PO4). Ao mesmo tempo, uma quantidade equivalente de íons Na ⁺ entra na célula epitelial do túbulo e se liga ao íon HCO3- ^para formar bicarbonato de Na ⁺ (NaHCO3). Este último é reabsorvido e entra na corrente sanguínea geral.

A amoniagênese ocorre nos túbulos renais distais, onde a amônia é formada a partir da glutamina e de outros aminoácidos. Este último neutraliza o HCl urinário e se liga aos íons hidrogênio para formar Na ⁺ e Cl ^-. O sódio reabsorvido em combinação com o íon HCO ^{3 -} também forma bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ).

Assim, no fluido tubular, a maior parte dos íons H ⁺ provenientes do epitélio tubular liga-se aos íons HCO3- ^, HPO42- ^e é excretada na urina. Ao mesmo tempo, uma quantidade equivalente de íons sódio entra nas células tubulares para formar bicarbonato de sódio (NaHCO3), que é reabsorvido nos túbulos e repõe o componente alcalino do tampão bicarbonato.

Principais indicadores do equilíbrio ácido-base

Na prática clínica, os seguintes parâmetros do sangue arterial são utilizados para avaliar o equilíbrio ácido-base:

1. O pH sanguíneo é o logaritmo decimal negativo da concentração molar de íons H ⁺. O pH do sangue arterial (plasmático) a 37 °C oscila dentro de limites estreitos (7,35-7,45). Valores normais de pH ainda não significam ausência de desequilíbrios ácido-base e podem ser encontrados nas chamadas variantes compensadas de acidose e alcalose.
2. PaCO2 é a pressão parcial de CO2 _no sangue arterial. Os valores normais de PaCO2 _são35-45 mm Hg em homens e 32-43 mm Hg em mulheres.
3. As bases tampão (BB) são a soma de todos os ânions sanguíneos com propriedades tamponantes (principalmente bicarbonatos e íons proteicos). O valor normal de BB é, em média, 48,6 mol/l (de 43,7 a 53,5 mmol/l).
4. Bicarbonato padrão (BS) é o conteúdo de íon bicarbonato no plasma. Os valores normais para homens são de 22,5 a 26,9 mmol/l, para mulheres, de 21,8 a 26,2 mmol/l. Este indicador não reflete o efeito tamponante das proteínas.
5. O excesso de base (BE) é a diferença entre o valor real do conteúdo de base tampão e seu valor normal (o valor normal é de -2,5 a +2,5 mmol/l). No sangue capilar, os valores deste indicador variam de -2,7 a +2,5 em homens e de -3,4 a +1,4 em mulheres.

Na prática clínica, são normalmente utilizados 3 indicadores do equilíbrio ácido-base: pH, PaCO2 _e BE.

Alterações no equilíbrio ácido-base na insuficiência respiratória

Em muitas condições patológicas, incluindo insuficiência respiratória, uma quantidade tão grande de ácidos ou bases pode se acumular no sangue que os mecanismos reguladores descritos acima (sistemas tampão do sangue, sistemas respiratório e excretor) não conseguem mais manter o pH em um nível constante, e ocorre acidose ou alcalose.

1. Acidose é um distúrbio do equilíbrio ácido-base em que há um excesso absoluto ou relativo de ácidos no sangue e a concentração de íons hidrogênio aumenta (pH < 7,35).
2. A alcalose é caracterizada por um aumento absoluto ou relativo no número de bases e uma diminuição na concentração de íons hidrogênio (pH > 7,45).

De acordo com os mecanismos de ocorrência, existem 4 tipos de distúrbios do equilíbrio ácido-base, cada um dos quais pode ser compensado e descompensado:

1. acidose respiratória;
2. alcalose respiratória;
3. acidose não respiratória (metabólica);
4. alcalose não respiratória (metabólica).

Acidose aspirativa

A acidose respiratória se desenvolve com graves distúrbios totais da ventilação pulmonar (hipoventilação alveolar). A base dessas alterações no equilíbrio ácido-base é um aumento na pressão parcial de CO₂ _no sangue arterial (PaCO₂ ₎.

Na acidose respiratória compensada, o pH sanguíneo não se altera devido à ação dos mecanismos compensatórios descritos acima. Os mais importantes são o tampão 6-carbonato e proteico (hemoglobina), bem como o mecanismo renal de liberação de íons H ⁺ e retenção de bicarbonato de sódio (NaHCO3).

Na insuficiência respiratória hipercápnica (ventilação), o mecanismo de aumento da ventilação pulmonar (hiperventilação) e remoção de íons H ⁺ e CO₂ na acidose respiratória não tem significado prático, visto que tais pacientes, por definição, apresentam hipoventilação pulmonar primária causada por patologia pulmonar ou extrapulmonar grave. É acompanhada por um aumento significativo da pressão parcial de CO₂ no sangue - hipercapnia. Devido à ação efetiva dos sistemas tampão e, principalmente, à inclusão do mecanismo compensatório renal de retenção de bicarbonato de sódio, os pacientes apresentam aumento do conteúdo de bicarbonato padrão (BS) e bases em excesso (BE).

Assim, a acidose respiratória compensada é caracterizada por:

1. Valores normais de pH sanguíneo.
2. Aumento da pressão parcial de CO2 _no sangue (PaCO2 ₎.
3. Aumento do bicarbonato padrão (SB).
4. Aumento do excesso de base (BE).

A depleção e a insuficiência dos mecanismos de compensação levam ao desenvolvimento de acidose respiratória descompensada, na qual o pH plasmático cai abaixo de 7,35. Em alguns casos, os níveis de bicarbonato padrão (BS) e excesso de base (BE) também caem para valores normais, indicando depleção da reserva de base.

Alcalose respiratória

Foi demonstrado acima que a insuficiência respiratória parenquimatosa, em alguns casos, é acompanhada de hipocapnia causada por hiperventilação compensatória pronunciada de alvéolos intactos. Nesses casos, a alcalose respiratória se desenvolve como resultado do aumento da remoção de dióxido de carbono devido a um distúrbio respiratório externo do tipo hiperventilação. Como resultado, a relação HCO3 ^- / H2CO3 aumenta e, consequentemente, o pH sanguíneo aumenta.

A compensação da alcalose respiratória só é possível em casos de insuficiência respiratória crônica. Seu principal mecanismo é a diminuição da secreção de íons hidrogênio e a inibição da reabsorção de bicarbonato nos túbulos renais. Isso leva a uma diminuição compensatória do bicarbonato padrão (BS) e a um déficit de base (valor de BE negativo).

Assim, a alcalose respiratória compensada é caracterizada por:

1. Valor normal do pH do sangue.
2. Diminuição significativa de pCO2 no sangue.
3. Diminuição compensatória do bicarbonato padrão (SB).
4. Deficiência de base compensatória (valor BE negativo).

Com a descompensação da alcalose respiratória, o pH sanguíneo aumenta, e os valores de SB e BE previamente diminuídos podem retornar aos valores normais.

Acidose não respiratória (metabólica)

A acidose não respiratória (metabólica) é a forma mais grave de desequilíbrio ácido-base, que pode se desenvolver em pacientes com insuficiência respiratória muito grave, hipoxemia sanguínea grave e hipóxia de órgãos e tecidos. O mecanismo de desenvolvimento da acidose não respiratória (metabólica), neste caso, está associado ao acúmulo dos chamados ácidos não voláteis (ácido lático, beta-hidroxibutírico, acetoacético, etc.) no sangue. Lembremos que, além da insuficiência respiratória grave, a acidose não respiratória (metabólica) pode ser causada por:

1. Perturbações graves do metabolismo dos tecidos em diabetes mellitus descompensado, inanição prolongada, tireotoxicose, febre, hipóxia de órgãos no contexto de insuficiência cardíaca grave, etc.
2. Doenças renais acompanhadas de danos predominantes nos túbulos renais, levando à excreção prejudicada de íons de hidrogênio e reabsorção de bicarbonato de sódio (acidose tubular renal, insuficiência renal, etc.)
3. Perda de grandes quantidades de bases na forma de bicarbonatos com os sucos digestivos (diarreia, vômitos, estenose pilórica, intervenções cirúrgicas). Uso de certos medicamentos (cloreto de amônio, cloreto de cálcio, salicilatos, inibidores da anidrase carbônica, etc.).

Na acidose não respiratória compensada (metabólica), o tampão de bicarbonato do sangue é incluído no processo de compensação, que se liga aos ácidos acumulados no corpo. Uma diminuição no teor de bicarbonato de sódio leva a um aumento relativo na concentração de ácido carbônico (H2CO3), que se dissocia em H2O e CO2. ^{Os íons H+ se ligam a proteínas, principalmente à hemoglobina, permitindo que Na+}, Ca2 ⁺ e K ⁺ saiam dos eritrócitos em troca dos cátions de hidrogênio que entram neles.

Assim, a acidose metabólica compensada é caracterizada por:

1. Nível normal de pH sanguíneo.
2. Diminuição dos bicarbonatos padrão (SB).
3. Deficiência de bases tampão (valor BE negativo).

A depleção e a insuficiência dos mecanismos compensatórios descritos levam ao desenvolvimento de acidose não respiratória (metabólica) descompensada, na qual o pH do sangue diminui para um nível inferior a 7,35.

Alcalose não respiratória (metabólica)

Alcalose não respiratória (metabólica) não é típica na insuficiência respiratória.

Outras complicações da insuficiência respiratória

Alterações na composição gasosa do sangue, no equilíbrio ácido-base, bem como distúrbios na hemodinâmica pulmonar em casos graves de insuficiência respiratória levam a complicações graves em outros órgãos e sistemas, incluindo cérebro, coração, rins, trato gastrointestinal, sistema vascular, etc.

A insuficiência respiratória aguda é mais caracterizada por complicações sistêmicas graves de desenvolvimento relativamente rápido, causadas principalmente por hipóxia grave de órgãos e tecidos, levando a distúrbios em seus processos e funções metabólicas. A ocorrência de falência múltipla de órgãos no contexto da insuficiência respiratória aguda aumenta significativamente o risco de um desfecho desfavorável da doença. Abaixo, uma lista incompleta de complicações sistêmicas da insuficiência respiratória:

1. Complicações cardíacas e vasculares:
   • isquemia miocárdica;
   • arritmia cardíaca;
   • diminuição do volume sistólico e do débito cardíaco;
   • hipotensão arterial;
   • trombose venosa profunda;
   • TELA.
2. Complicações neuromusculares:
   • estupor, sonolência, coma;
   • psicose;
   • delírio;
   • polineuropatia de doença crítica;
   • contraturas;
   • fraqueza muscular.
3. Complicações infecciosas:
   • sepse;
   • abscesso;
   • pneumonia nosocomial;
   • escaras;
   • outras infecções.
4. Complicações gastrointestinais:
   • úlcera gástrica aguda;
   • sangramento gastrointestinal;
   • dano ao fígado;
   • desnutrição;
   • complicações da nutrição enteral e parenteral;
   • colecistite acalculosa.
5. Complicações renais:
   • insuficiência renal aguda;
   • distúrbios eletrolíticos, etc.

Também é necessário levar em consideração a possibilidade de desenvolvimento de complicações associadas à presença de tubo de intubação no lúmen da traqueia, bem como à implementação de ventilação artificial.

Na insuficiência respiratória crônica, a gravidade das complicações sistêmicas é significativamente menor do que na insuficiência aguda, e o desenvolvimento de 1) hipertensão arterial pulmonar e 2) doença cardíaca pulmonar crônica vem à tona.

A hipertensão arterial pulmonar em pacientes com insuficiência respiratória crônica se desenvolve sob a ação de vários mecanismos patogênicos, sendo o principal deles a hipóxia alveolar crônica, que leva ao desenvolvimento de vasoconstrição pulmonar hipóxica. Esse mecanismo é conhecido como reflexo de Euler-Liljestraid. Como resultado desse reflexo, o fluxo sanguíneo pulmonar local se adapta ao nível de intensidade da ventilação pulmonar, de modo que a relação ventilação-perfusão não é interrompida ou se torna menos pronunciada. No entanto, se a hipoventilação alveolar for expressa em grande extensão e se espalhar para grandes áreas do tecido pulmonar, ocorre um aumento generalizado do tônus das arteríolas pulmonares, levando a um aumento da resistência vascular pulmonar total e ao desenvolvimento de hipertensão arterial pulmonar.

A formação de vasoconstrição pulmonar hipóxica também é facilitada pela hipercapnia, comprometimento da permeabilidade brônquica e disfunção endotelial. Alterações anatômicas no leito vascular pulmonar desempenham um papel especial no desenvolvimento da hipertensão arterial pulmonar: compressão e desolação de arteríolas e capilares devido à fibrose progressiva do tecido pulmonar e enfisema pulmonar, espessamento da parede vascular devido à hipertrofia das células musculares da camada média, desenvolvimento de microtrombose em condições de distúrbios crônicos do fluxo sanguíneo e aumento da agregação plaquetária, tromboembolismo recorrente de pequenos ramos da artéria pulmonar, etc.

A cardiopatia pulmonar crônica se desenvolve naturalmente em todos os casos de doenças pulmonares de longa duração, insuficiência respiratória crônica e hipertensão arterial pulmonar progressiva. No entanto, de acordo com os conceitos modernos, o processo de longo prazo de formação da cardiopatia pulmonar crônica inclui a ocorrência de uma série de alterações estruturais e funcionais nas câmaras cardíacas direitas, as mais significativas das quais são a hipertrofia miocárdica do ventrículo direito e do átrio, expansão de suas cavidades, fibrose cardíaca, disfunção diastólica e sistólica do ventrículo direito, formação de insuficiência relativa da valva tricúspide, aumento da pressão venosa central e congestão no leito venoso da circulação sistêmica. Essas alterações são devidas à formação de hipertensão pulmonar pulmonar na insuficiência respiratória crônica, aumento persistente ou transitório da pós-carga no ventrículo direito, aumento da pressão intramiocárdica, bem como ativação de sistemas neuro-hormonais teciduais, liberação de citocinas e desenvolvimento de disfunção endotelial.

Dependendo da ausência ou presença de sinais de insuficiência cardíaca ventricular direita, distinguem-se doença cardíaca pulmonar crônica compensada e descompensada.

A insuficiência respiratória aguda é mais caracterizada pela ocorrência de complicações sistêmicas (cardíacas, vasculares, renais, neurológicas, gastrointestinais, etc.), que aumentam significativamente o risco de um desfecho desfavorável da doença. A insuficiência respiratória crônica é mais caracterizada pelo desenvolvimento gradual de hipertensão pulmonar e doença cardíaca pulmonar crônica.

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