Questão 3) Explique o motivo de atletas que estão acostumados com a atmosfera ao nível do mar terem dificuldade de respirar em altas altitudes
. Qual ou quais as propriedades do ar atmosférico que estão relacionadas com esse fenômeno? [1,0]
Passo 1
O enunciado pede que eu explique por que atletas acostumados com a atmosfera ao nível do mar têm dificuldade de respirar em altas altitudes e que indique quais propriedades do ar atmosférico estão relacionadas a esse fenômeno.
Informações implícitas e relevantes dadas pelo enunciado: a comparação é entre “nível do mar” e “altas altitudes” (ou seja, mudança de altitude), e o foco é na dificuldade para respirar (o que sugere alteração na disponibilidade de oxigênio para o organismo).
Informações implícitas e relevantes dadas pelo enunciado: a comparação é entre “nível do mar” e “altas altitudes” (ou seja, mudança de altitude), e o foco é na dificuldade para respirar (o que sugere alteração na disponibilidade de oxigênio para o organismo).
Passo 2
Vou apresentar os conceitos físicos essenciais que precisamos entender antes de explicar o fenômeno.
Definição 1 — pressão atmosférica: a pressão exercida pelo peso do ar acima de um ponto. Denoto por
a pressão barométrica local. Ao subir de altitude,
diminui.
Definição 2 — fração volumétrica de oxigênio: no ar seco próximo à superfície, a fração de oxigênio é aproximadamente constante e vale
(ou
). Denoto por
.
Definição 3 — pressão parcial: pelo princípio de Dalton, a pressão total de uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais dos componentes. A pressão parcial do oxigênio é
Isto significa que, se
cai,
também cai na mesma proporção (desde que
se mantenha constante).
Definição 4 — número de mols por volume (densidade numérica): pela lei dos gases ideais,
onde
é o número de mols por volume,
é a pressão,
a constante dos gases e
a temperatura absoluta. Se
diminui (mesma
), então
diminui: há menos moléculas por litro de ar.
Passo 3
Faço um cálculo numérico (simples e padrão) para tornar concreto o efeito da altitude sobre a pressão parcial do oxigênio.
Valor típico ao nível do mar:
. Então a pressão parcial do oxigênio no ar seco é
Na prática, o ar inspirado é umedecido na boca/pulmões; a pressão parcial do vapor d’água a
é
. O oxigênio efetivo inspirado (antes da troca gasosa) tem então
Exemplo razoável: a
a pressão atmosférica típica é cerca de
(valor aproximado). Então:
Compare com o nível do mar:
Logo, inspirado
cai de cerca de
para
subindo para
.
Passo 4
Explico por que a queda de
dificulta a respiração do ponto de vista fisiológico (didático e passo a passo).
-
Troca gasosa nos pulmões depende do gradiente de pressão parcial: o oxigênio passa dos alvéolos para o sangue porque a pressão parcial de oxigênio nos alvéolos (
) é maior do que nos capilares pulmonares venosos ( ). A taxa de transferência (fluxo) de O é, em termos qualitativos, proporcional a esse gradiente de pressão. -
Se
diminui (porque diminuiu), o gradiente entre alvéolo e sangue diminui, logo menos oxigênio é transferido por unidade de tempo. Isso leva a uma menor pressão parcial de oxigênio arterial ( ) e pode causar hipóxia (menos O disponível para músculos e cérebro). -
Mesmo que a fração de O
mantenha , o que importa biologicamente é a pressão parcial; menos pressão parcial significa menos “força” para empurrar O para o sangue.
Passo 5
Explico também com a lei dos gases por que cada inspiração carrega menos moléculas de oxigênio (ponto prático importante em provas).
Pelo ideal dos gases:
Se
diminui e
não muda muito, então
(moléculas por litro) diminui. Ou seja, cada litro de ar contém menos moléculas de O
; mesmo inspirando o mesmo volume, o número de moléculas de O
ingeridas cai. Para compensar, o corpo aumenta a ventilação (respira mais rápido e/ou mais profundo), mas isso tem limites e aumenta o gasto energético.
Passo 6
Resumindo as propriedades do ar que estão diretamente relacionadas ao problema (resposta objetiva didática):
- Pressão atmosférica (pressão barométrica) — é a causa primária: diminui com a altitude.
- Pressão parcial de oxigênio (
) — relacionada pela lei de Dalton; é a propriedade que determina a eficiência da difusão de O para o sangue. - Densidade do ar (número de moléculas por volume, via lei dos gases) — cada inspiração traz menos moléculas de O
a altitudes maiores.
Observação importante: a composição percentual do ar (
) permanece praticamente constante com a altitude, então o problema não é “menos porcentagem de O
” mas sim a menor pressão total que reduz a pressão parcial.
Passo 7
Complemento prático e motivacional (como um amigo que estuda com você): por isso atletas sofrem ao subir rápido — o corpo precisa de tempo para se aclimatar (aumentar ventilação, frequência cardíaca, e ao longo de dias/semanas aumentar o transporte de O
via mais hemoglobina). Então, se for prova, decore: “queda de pressão → queda da pressão parcial de O
→ menor gradiente de difusão → hipóxia; propriedades: pressão barométrica/pressão parcial de O
e densidade do ar.”
Resposta
Porque a pressão atmosférica diminui com a altitude, o que reduz a pressão parcial do oxigênio disponível para a respiração; isso diminui o gradiente de pressão que faz o O
difundir dos alvéolos para o sangue, causando dificuldade em suprir oxigênio (hipóxia).
Propriedades relacionadas: pressão atmosférica (pressão barométrica), pressão parcial do oxigênio e densidade do ar (número de moléculas por volume).
Propriedades relacionadas: pressão atmosférica (pressão barométrica), pressão parcial do oxigênio e densidade do ar (número de moléculas por volume).