Função
A composição do ar ambiental é de aproximadamente 78% nitrogénio, 21% oxigénio, 1% árgon, e percentagens vestigiais de dióxido de carbono, néon, metano, hélio, krypton, hidrogénio, xenon, ozono, dióxido de nitrogénio, iodo, monóxido de carbono, e amoníaco. Portanto, ao nível do mar onde se sabe que a pressão atmosférica é de 760 mm Hg, as pressões parciais dos vários gases podem ser estimadas em cerca de 593 mm Hg para o azoto, 160 mm Hg para o oxigénio, e 7,6 mm Hg para o árgon. No entanto, estas pressões parciais não são reflexos precisos das pressões parciais disponíveis para difusão no interior dos alvéolos do pulmão. Quando o ar é inalado através das vias respiratórias superiores, é aquecido e humidificado pelo tracto pulmonar. O resultado deste processo introduz a presença de níveis significativos de vapor de água que depois ajusta as pressões parciais dos outros gases, incluindo o oxigénio. Não é possível recolher os gases directamente dos alvéolos. A equação dos gases alveolares é de grande ajuda para calcular e estimar de perto a pressão parcial de oxigénio no interior dos alvéolos. A equação dos gases alveolares é utilizada para calcular a pressão parcial do oxigénio alveolar:
Onde PAO2 é a pressão parcial de oxigénio nos alvéolos, Patm é a pressão atmosférica ao nível do mar igual a 760 mm Hg. PH2O é a pressão parcial da água igual a aproximadamente 45 mm Hg. FiO2 é a fracção de oxigénio inspirado. PaCO2 é a pressão parcial de dióxido de carbono nos alvéolos, que em condições fisiológicas normais é de aproximadamente 40 a 45 mm Hg, e o RQ (quociente respiratório). A FiO2 está directamente relacionada com a percentagem de composição do oxigénio no ar inspirado. Sem suporte ao nível do mar, isto é 21% ou 0,21. No entanto, cada litro de oxigénio suplementar no ar inspirado aumenta este valor em aproximadamente 4% ou 0,04. Portanto, 2 litros de oxigénio suplementar aumenta o FiO2 ao nível do mar em 8% ou 0,08 a 29% ou 0,29. O valor de RQ pode variar em função do tipo de dieta e do estado metabólico da pessoa. Um valor padrão de 0,82 para a dieta humana típica. Ao nível do mar sem oxigenação inspirada suplementar, a pressão parcial de oxigénio alveolar (PAO2) é:
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PAO2 = (760 – 47) 0,21 – 40 / 0,8 = 99.7 mm Hg
Esta pressão parcial alveolar de oxigénio é então a força motriz para a difusão de oxigénio através das membranas alveolares, através das paredes capilares pulmonares, e para o fluxo de sangue arteriolar e eritrócitos para transporte através do corpo para os tecidos periféricos. O gradiente de difusão do espaço alveolar para o capilar é quantificado através do gradiente A-a, calculado como:
PaO2 é medido utilizando um gás arterial do sangue, e PAO2 é calculado como acima. Um gradiente maior indica que a patologia está a impedir a transferência de oxigénio para o capilar, o que tem um impacto na pressão parcial de oxigénio disponível em todo o corpo. As pressões parciais necessárias de oxigénio em todos os tecidos são variáveis, dependendo das exigências metabólicas dos tecidos. Verificou-se que o cérebro necessita de uma pressão parcial de oxigénio de pelo menos 35 mm Hg abaixo. As funções mentais são afectadas porque o metabolismo aeróbico da glicose para a produção de energia não pode ocorrer de forma eficiente. A pele tem tipicamente um espectro de pressão parcial baseado na profundidade da camada cutânea a partir da superfície. A região superficial da pele a 5 a 10 micrómetros de profundidade é de aproximadamente 5,0 a 11 mm Hg de pressão parcial de oxigénio. As papilas dérmicas a 45 a 65 micrómetros de profundidade têm tipicamente uma pressão parcial de oxigénio de 18 a 30 mm Hg, e no plexo subpapilar de 100 a 120 micrómetros de profundidade, a pressão parcial de oxigénio é de aproximadamente 27 a 43 mm Hg. Os intestinos também têm uma pressão parcial variável de oxigénio, sendo a porção serosa do intestino delgado de 53,0 a 71,0 mm Hg. As pressões parciais de oxigénio no fígado foram estudadas com resultados algo variáveis, de tal forma que 2 grupos separados foram encontrados com valores medianos de 42,04 mm Hg e 34,53 mm Hg. Os rins constituem outro sistema orgânico que tem uma elevada necessidade de oxigénio devido à elevada energia e subsequente procura metabólica envolvida nos processos activos de transporte dos sistemas de reabsorção de nefrónio. Como tal, a pressão parcial medular de oxigénio é de 10 a 20 mm Hg, e o córtex requer 52 a 92 mm Hg. A procura muscular de oxigénio é altamente variável, dependendo da intensidade da actividade e da duração do músculo. Na linha de base, as pressões parciais musculares de oxigénio são de 27 mm Hg a 31 mm Hg. Ao longo do processo de consumo de oxigénio por vários tecidos, o conteúdo de oxigénio do sangue diminui de tal forma que os 100 mm Hg no sangue arterial diminuem para 40 mm Hg no sangue venoso.