Regulação Ácido-Base

Prévia do material em texto

Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
Regulação Ácido-Base 
Para haver homeostasia é preciso um equilíbrio entre a ingestão/ produção de H+ e a 
remoção efetiva do H+ do organismo. Os Rins possuem papel importante na regulação da 
remoção de H+ do meio extracelular, porém o controle da [H+] envolve mais do que somente 
eliminação pelos rins, precisamos de tamponamento ácido-base que envolve o sangue, as 
células e os pulmões 
CONCENTRAÇÃO DO H+ É PRECISAMENTE REGULADA 
A concentração normal extracelular de H+ representa em média 0,00004 mEq/L, as 
concentrações são milimetricamente reguladas pois as atividades de quase todas as enzimas do 
organismo são influenciadas pela [H+] 
ÁCIDOS E BASES: DEFINIÇÕES E SIGNIFICADOS 
Variações que Ocorrem na Acidose e na Alcalose 
A [H+] plasmática costuma ser de aprox. 40 nEq/L, variações normais ficam 
entre 3 e 5 nEq/L, sob condições extremas a concentração de H+ pode 
variar de 10 nEq/L a 160 nEq/L sem causar morte. Por ser uma concentração 
baixa costumamos expressá-la em logaritmo (pH normal aprox. é de 7,4) 
➢ Pela formula podemos observar que o pH é inversamente proporcional a [H+], portanto 
um pH baixo corresponde à [H+] elevada 
➢ pH normal do sangue arterial é de 7,4, enquanto o do sangue venoso e dos líquidos 
intersticiais é de cerca de 7,35 pelas quantidades extras de CO2 
➢ pH abaixo de 7,4 é uma acidose e quando ele está acima de 7,4 temos uma alcalose 
➢ pH entre 6,8 e 8,0 permite que a pessoa sobreviva, no limite, por poucas horas 
DEFESAS CONTRA VARIAÇÕES DA [H+]: TAMPÕES, PULMÕES E RINS 
Temos 3 sistemas que regulam [H+]: 
1) Sistemas tampões químicos ácido-base dos líquidos corporais, que se combinam com 
ácido ou a base para evitar alterações excessivas da [H+] 
Os Sistemas tampões não eliminam ou acrescentam íons H+ ao corpo, apenas os 
mantêm controlados até que o equilíbrio possa ser restabelecido 
2) Centro respiratório, que regula a remoção de CO2 do líquido extracelular 
O S. Respiratório age em questão de minutos eliminando o CO2, e por conseguinte, o 
H2CO3 do organismo 
3) Rins que podem excretar urina ácida ou alcalina, reajustando a [H+] no meio extracelular 
para níveis normais, na acidose ou na alcalose 
A resposta mais lenta da defesa do organismo, consegue eliminar o excesso de ácido ou 
base do organismo, resposta relativamente mais lenta do que 1 e 2, mas por períodos 
de horas a dias eles são os reguladores ácido-base mais potentes 
TAMPONAMENTO DE H+ NOS LÍQUIDOS CORPORAIS 
O H+ livre se une a substância tampão formando um ácido fraco, que pode permanecer como 
molécula associada ou se dissociar de volte formando Tampão + H+ 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
➢ quando a [H+] aumenta a reação desloca para a direta e mais H+ se liga ao tampão, 
desde que haja tampão disponível e vice-versa 
SISTEMA TAMPÃO DO BICARBONATO 
Consiste em uma solução aquosa com 2 ingredientes: (1) ácido 
fraco o H2CO3 e (2) sal bicarbonato, como o bicarbonato de 
sódio 
1) H2CO3 é formado pela reação do CO2 com H20, em uma 
reação lenta que precisa ser catalisada pela anidrase carbônica: 
enzima especialmente abundante nas paredes dos alvéolos pulmonares, onde o CO2 é 
liberado, e também presente nas células epiteliais dos túbulos renais 
2) O segundo componente do sistema, o sal bicarbonato, ocorre predominantemente 
como NaHCo3 no meio extracelular, ele se ioniza formando HCO3- e Na+ 
3) Sistema acoplado: pela fraca dissociação de H2CO3 a [H+] é pequena 
4) Quando temos no meio um ácido forte temos maior presença de H+: esse H+ será 
tamponado pelo HCO3-, formando mais ácido carbônico, que por sua vez se dissocia 
formando CO2 + H2O (CO2 em excesso estimula a respiração eliminando CO2) 
 Tampão Bicarbonato é o mais Importante do Meio Extracelular 
Temos a reação oposta quando acrescentamos uma base forte ao 
tampão se bicarbonato 
1) Quando o OH- se combina com o ácido carbônico temos a formação de HCO3- 
2) Base fraca substitui a base forte e ao mesmo tempo a [ácido carbônico] diminui, fazendo 
com que mais CO2 se combine com H2O para repor o ácido carbônico no organismo 
O resultado efetivo é a tendencia de diminuição dos níveis de CO2 no sangue, mas a 
diminuição de CO2 no sangue inibe a respiração e diminui a expiração de CO2. O aumento de 
HCO3- no sangue é compensado pelo aumento da excreção renal e HCO3- 
O Sistema Tampão Bicarbonato é o Tampão Extracelular mais Importante 
O sistema tampão bicarbonato existe cerca de 20 vezes mais 
na forma de HCO3- do que na forma de CO2 dissolvido, por 
isso o sistema opera na porção da curva de tamponamento 
em que a inclinação é pouco íngreme e o poder de 
tamponamento é deficiente, porém esse é o extracelular 
mais potente no organismo, pois os dois elementos do 
sistema tampão (HCO3- e CO2) são regulados 
respectivamente pelos Rins e pelos Pulmões, com isso, o pH do meio extracelular pode ser 
controlado pela intensidade relativa da remoção e da adição de HCOo3- pelos rins e pela 
intensidade de remoção de CO2 pelos pulmões 
SISTEMA TAMPÃO FOSFATO 
Possui papel importante no tamponamento do líquido tubular renal e dos intracelulares, 
seus principais elementos são o H2PO4- e HPO4- 
1) quando acrescentamos uma base forte à mistura dessas 
duas substâncias o hidrogênio é aceito pela base HPO4- e 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
convertido em H2PO4 = Por conta disso o ácido forte é substituído por quantidade 
adicional de ácido fraco (NaH2Po4) e a queda de pH é minimizada 
2) quando uma base forte é acrescentada a esse sistema tampão o OH- é tamponado pelo 
H2Po4 formando quantidades adicionais de HPO4- + H2O. Nesse caso a base forte é 
trocada por uma base fraca o que causa um aumento discreto no pH 
O Sistema Tampão fosfato tem pK de 6,8, valor próximo ao pH do corpo, permitindo que 
ele opere próximo do seu poder máximo de tamponamento, porém sua concentração 
extracelular é baixa, assim seu poder é bem menor 
Em contraste com o seu papel secundário como tampão extracelular ele é especialmente 
importante nos líquidos tubulares dos rins pois 
➢ O fosfato fica geralmente muito concentrado nos túbulos, aumentando o poder de 
tamponamento do sistema fosfato 
➢ Líquido tubular geralmente tem pH menor que o líquido extracelular, e a faixa 
operacional do tampão fica próxima a pK (6,8) do sistema 
 Sistema tampão fosfato é também importante no tamponamento intracelular pois a 
concentração de fosfato nele é bem maior que no meio extracelular, além disso o pH 
intracelular é mais baixo e assim é mais próximo do pK do sistema tampão fosfato 
PROTEÍNAS SÃO IMPORTANTES TAMPÕES INTRACELULARES 
São tampões abundantes no corpo por estarem em concentrações elevadas, especialmente 
no meio intracelular: o pH dessas células embora mais baixo que o extracelular varia 
proporcionalmente as alterações de pH extracelular. 
Existe pouca difusão de H+ e HCO3- pela membrana celular, embora esses íons levem 
poucas horas para atingir o equilíbrio com o meio extracelular (exceto as hemácias que atingem 
equilíbrio rápido), o CO2, no entanto pode se difundir rapidamente pelas membranas celulares 
➢ essa difusão dos elementos do sistema tampão bicarbonato causa variações no pH do 
líquido intracelular quando ocorrem alterações no Ph extracelular = por isso os sistemas 
tampões intracelulares ajudam a prevenir mudanças no pH extracelular, mas podem 
levar horas para serem efetivos ao máximo 
Nas Hemácias, a Hemoglobina (Hb) é um tampão importante: 
➢ Cerca de 60 a 70% do tamponamento químico total dos líquidos corporais ocorre no 
interior das células, e esse tamponamento em grande parte ocorre pelas proteínas 
intracelulares = porém, exceto nas hemácias, a lentidão com que H+ e HCO3- se movem 
pelas membranas retarda, muitas vezes por horas, a capacidade máxima das proteínas 
tamponarem anormalidades ácido-base extracelulares 
REGULAÇÃO RESPIRATÓRIO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASEA 2ª linha de defesa contra distúrbios ácido-base é o controle da [CO2] extracelular pelos 
pulmões, o aumento da ventilação elimina o CO2 do meio extracelular que, por ação das massas, 
reduz a [H+], em contraste, menor ventilação aumenta o CO2, elevando a [H+] extracelular 
Expiração Pulmonar de CO2 Balanceia a Formação Metabólica de CO2 
O CO2 é formado continuamente no corpo pelos processos metabólicos intracelulares, 
depois de formado ele se difunde indo das: 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
Células => Líquidos intersticiais => Sangue => Pulmões => se difunde nos alvéolos => Atmosfera 
pela ventilação pulmonar 
➢ Se a formação metabólica de CO2 aumenta a Pco2 extracelular também aumenta 
➢ Se a ventilação pulmonar aumenta CO2 será expelido pelos pulmões, e a Pco2 
extracelular diminuirá 
Aumento da Ventilação Alveolar diminui a [H+] extracelular e eleva o pH 
 Se a formação metabólica de CO2 for constante o único fator que afetará aPco2 
extracelular será a ventilação alveolar: quanto maior a ventilação alveolar menor a Pco2, e 
quando a [CO2] aumenta a [H2CO3] e a [H+] também aumentam, diminuindo o pH extracelular 
A imagem mostra as mudanças do pH sanguíneo causadas por 
elevação ou redução da ventilação alveolar 
➢ o aumento da ventilação para aprox. o dobro do normal 
aumenta o pH extracelular em cerca de 0,23 
➢ a redução da ventilação para ¼ do normal reduz o pH 
em 0,45 
Aumento da [H+] estimula a Ventilação Alveolar 
A concentração de [H+] afeta a ventilação alveolar, ela 
aumenta até 4 a 5 vezes do normal quando o pH diminui, da 
mesma forma que um aumento do pH plasmático acima de 7,4 
causa uma redução da ventilação alveolar 
➢ A variação da ventilação por unidade de pH é bem maior em níveis reduzidos do pH (o 
que corresponde a uma [H+] elevada = pois quando a ventilação alveolar diminui por 
aumento de pH a quantidade de oxigênio acrescentada ao sangue e a pressão parcial do 
oxigênio (Po2) no sangue também caem, o que estimula a ventilação 
➢ Portanto, a compensação respiratória ao aumento do pH não é tão efetiva quanto a 
resposta à redução do pH 
Controle por Feedback da [H+] pelo Sistema Respiratório 
Uma elevação da [H+] estimula a respiração, e como o aumento da 
ventilação alveolar diminui a [H+] o S. Respiratório age como controlador 
por feedback negativo da [H+] 
➢ Quando a [H+] se eleva acima do normal o sistema respiratório é estimulado e a 
ventilação alveolar aumenta 
➢ Isso diminui a Pco2 extracelular e diminui a [H+] 
➢ Se a [H+] diminui abaixo do normal o centro respiratório é inibido e a ventilação alveolar 
diminui, para que a [H+] volte ao normal 
Eficiência do Controle Respiratório da [H+] 
O controle respiratório não retorna ao normal a [H+] de forma precisa quando um 
transtorno fora do sistema respiratório altera o pH 
➢ Geralmente o mecanismo respiratório tem eficiência de 50 a 75% no controle da [H+] 
Poder Tamponante do S. Respiratório 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
A regulação respiratória é ativada rapidamente e evita que a [H+] se altere muito até que a 
resposta mais lenta dos Rins consiga eliminar a falha de equilíbrio, a capacidade de 
tamponamento do S. Respiratório é de 1 a 2 vezes maior que o poder de tamponamento de 
todos os tampões químicos extracelulares combinados 
O Comprometimento da Função Pulmonar pode causar Acidose Respiratória 
Anormalidades da respiração podem causar mudanças na [H+] 
➢ Enfisema grave: diminui a capacidade dos pulmões de eliminar CO2, causando acúmulo 
de CO2 extracelular, o que tem tendencia da causar Acidose respiratória 
Além disso, a capacidade de responder à acidose metabólica fica comprometida, pois as 
reduções compensatórias da Pco2, que normalmente ocorreriam por aumento de 
ventilação, estão prejudicadas 
Assim, Rins representam único mecanismo fisiológico remanescente para fazer com que 
o pH retorne ao normal após o tamponamento químico inicial do líquido extracelular 
CONTROLE RENAL DO EQUÍLIBRIO ÁCIDO-BASE 
Os Rins controlam o equilíbrio ácido-base ao excretarem urina mais ácida ou básica como 
mecanismo de compensação do pH no líquido extracelular 
➢ Grandes quantidades de Bicarbonato (HCO3-) são filtradas de forma contínua em 
direção aos túbulos, e se forem excretadas na urina elas removem base do sangue 
➢ Grandes quantidades de H+ são secretadas no lúmen tubular pelas células epiteliais 
tubulares, removendo ácido do sangue 
 Se for secretado mais H+ do que HCO3- temos perda renal de ácido extracelular, e se 
ocorre o inverso temos perda renal de base 
Alcalose: temos redução da [H+] extracelular, com isso os Rins excretam menos H+ e não 
conseguem reabsorver todo o HCO3- filtrado, aumentando a excreção de bicarbonato, como o 
bicarbonato normalmente tampona o H+ no líquido extracelular essa perda de HCO3- significa 
o mesmo que acrescentar H+ 
➢ Remoção de HCO3- eleva a [H+] aos níveis normais 
Acidose: Rins excretam H+ adicional e não excretam HCO3- na urina, mas reabsorvem todo 
o HCO3- filtrado e produzem novo bicarbonato, que é acrescentado de volta ao meio 
extracelular, reduzindo a [H+] do líquido extracelular a níveis normais 
SECREÇÃO DE H+ E REABSORÇÃO DE HCO3- PELOS TÚBULOS RENAIS 
A secreção de íons H+ e a reabsorção de HCO3- ocorrem em 
todas as partes dos túbulos, exceto nas porções finas 
descendentes e ascendentes na Alça de Henle 
➢ Para cada HCO3- reabsorvido um H+ deve ser secretado 
Cerca de 80 a 90% da reabsorção de HCO3- (e excreção de H+) 
ocorrem no túbulo proximal, e apenas pequena quantidade de 
HCO3- flui em direção aos túbulos distais e ductos coletores 
O Mecanismo pelo qual o HCO3- é reabsorvido envolve a secreção tubular de H+ 
H+ é Secretado por Transporte Ativo Secundário nos Segmentos Tubulares iniciais 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
As células epiteliais do túbulo proximal do Segmento espesso ascendente da Alça de Henle e do 
Início do Túbulo distal: 
➢ Secretam H+ em direção ao líquido tubular por 
cotransporte de sódio-hidrogênio: H+ é secretado 
em direção ao lúmen tubular e em troca temos 
sódio (Na+) em direção as células = a energia para 
que o H+ se mova contra o seu gradiente de 
concentração é derivada do gradiente de sódio 
dissipado pelo movimento de Na+ em direção à 
célula, a favor do seu gradiente de concentração 
Bomba de Sódio e Potássio ATPase (Na+/K+ ATPase): retira sódio (Na+) das células 
criando um gradiente de concentração favorável para que sódio do lúmen tubular vá 
em direção as células causando saída de H+ 
➢ H+ secretado realiza a reabsorção de HCO3- 
1) CO2 se difunde em direção as células tubulares ou é formado pelo metabolismo das 
células epiteliais tubulares 
2) Anidrase Carbônica: faz com que CO2 se combine com o H2O formando H2CO3 (ácido 
carbônico) 
3) Ácido carbônico se dissocia formando: HCO3- + H+ 
4) H+ é secretado em direção ao lúmen tubular por antiporte com sódio (Na+) 
5) HCO3- gerado na célula se move a favor do gradiente de concentração através da 
membrana basolateral em direção ao líquido intersticial renal e depois para o sangue 
capilar peritubular = reabsorção de 1 íon HCO3- para cada 1 H+ secretado 
HCO3- Filtrado é Reabsorvido pela Interação com Íons Hidrogênio nos Túbulos 
O HCO3- não permeia prontamente as membranas luminais das células tubulares renais, 
assim, o bicarbonato filtrado pelos glomérulos não pode ser reabsorvido diretamente, e o HCO3- 
é reabsorvido por processo especial: 
1) HCO3- se combina com o H+ para formar ácido carbônico 
2) Ácido carbônico se dissocia formando: CO2 + H2O 
Esse processo ocorre nos túbulos com o HCO3- filtrado pelos glomérulos e o H+ secretado 
pelas células tubulares, formando ácido carbônico que se dissocia formando CO2 e H2O 
1) CO2 se difunde pela membrana tubular: onde se recombina com H2O por ação da 
Anidrase Carbônica gerando nova molécula de ácido carbônico no interior das células 
2)Ácido carbônico se dissocia formando HCO3- + H+ no interior das células 
3) HCO3- se difunde pela membrana basolateral em direção ao interstício, sendo captado 
pelo sangue dos capilares peritubulares 
Transporte de HCO3 pela membrana basolateral é facilitado por 2 mecanismos: (1) 
cotransporte de Na+/HCO3- no túbulo proximal; e (2) troca de Cl-/HCO3- nos últimos 
segmentos do túbulo proximal, no segmento ascendente espesso da alça de henle e nos 
túbulos e ductos coletores 
HCO3- é “Titulado” Contra o H+ nos Túbulos 
Os íons H+ e HCO3- entram nos túbulos em quantidades quase iguais e se combinam para 
acabar formando CO2 e H2O = eles se “titulam” nos túbulos 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
➢ Geralmente existe pequeno excesso de H+ nos túbulos a ser excretado na urina: esse 
excesso é eliminado pela urina (cerca de 80 mEq/L por dia) e retira do organismo os 
ácidos voláteis que ele mesmo produz 
Alcalose Metabólica: teremos excesso de HCO3- em relação ao H+ na urina, pois o excesso 
de HCO3- que não pôde ser reabsorvido permanece nos túbulos, auxiliando a corrigir a alcalose 
metabólica 
Acidose Metabólica: excesso de H+ em relação ao HCO3-, o que causa reabsorção completa 
de HCO3-, o H+ chega à urina, e se combina com tampões urinários, como fosfato e amônia, 
sendo posteriormente excretado como sal 
Secreção Ativa Primária de H+ nas Cél. Intercaladas dos Túbulos Distais e Coletores 
O processo de secreção ativa primária de H+ ocorre na membrana 
luminal da célula tubular: 
➢ H+ é transportado diretamente por proteínas 
específicas, a ATPas transportadores de hidrogênio e 
Transportador Hidrogênio-Potássio-ATPase = a energia necessária 
para bombear o H+ deriva da degradação de ATP em ADP 
A secreção ativa primária de H+ ocorre em um tipo especial de 
células: as Células Intercaladas do Tipo A (no final do Túbulo Distal e nos Túbulos Coletores). A 
secreção de íons H+ é em 2 etapas: 
1) CO2 dissolvido na célula se combina com H2O para formar H2CO3 (ácido carbônico) 
2) H2CO3 se dissocia em HCO3- e H+: HCO3- é reabsorvido em direção ao sangue e o H+ é 
secretado em direção ao lúmen tubular por transportadores (bomba ativa de H+) 
➢ Mecanismo importante na formação de urina muito ácida 
COMBINAÇÃO DE EXCESSO DE H+ COM TAMPÕES FOSFATO E AMÔNIA NO TÚBULO GERA 
“NOVO” HCO3- 
Quando a quantidade de H+ secretado em direção aos túbulos é maior que a quantidade 
de HCO3- filtrado, apenas pequena parte do H+ em excesso pode ser excretado na urina na sua 
forma iônica, pois a urina possui um pH mínimo de cerca de 4,5 
➢ Por isso parte do H+ se combina com tampões no líquido tubular: os mais importantes 
são o fosfato e o amônia, urato e citrato são menos importantes 
➢ Quando o excesso de H+ tubular se combina com outros tampões, que não o HCO3-, 
temos geração de “novo” HCO3-, que também pode entrar no sangue 
Assim, quando há excesso de H+ extracelular os Rins não só absorvem todo o HCO3- 
filtrado, como também geram HCO3- ajudando a repor o HCO3- perdido no líquido 
extracelular durante a Acidose 
Sistema Tampão Fosfato transporta excesso de H+ para a Urina: gera Novo HCO3- 
Sistema tampão fosfato são concentrados no líquido tubular: H+ é excretado em 
combinação com o tampão fosfato 
1) Enquanto houver excesso de HCO3- no líquido tubular grande parte do H+ secretado se 
combina com HCO3- 
Isadora Ribeiro Renó-T61-Fisiologia III 
 
2) Quando todo o HCO3- tiver sido reabsorvido e não estiver mais disponível para se 
combinar com o H+ o excesso de H+ pode se combinar com fosfato ou outros tampões 
tubulares 
Neste caso, o HCO3- que é gerado na célula tubular e entra 
no sangue peritubular representa ganho efetivo de HCO3- 
pelo sangue ao invés de simplesmente ser reposição do 
HCO3- filtrado = sempre que um H+ secretado no lúmen 
tubular se combinar com um tampão que não seja o HCO3- 
o efeito líquido é a “Adição de novo HCO3-“ao sangue = 
repõe as reservas de HCO3- do líquido extracelular 
Excreção do Excesso de H+ e Geração de Novo HCO3-: Sistema Tampão Amônia 
Sistema composto pela amônia (NH3) e pelo íon amônio 
(NH4+): íon amônio é sintetizado a partir da Glutamina (que 
se origina pelo metabolismo de aminoácidos no Fígado) 
➢ Glutamina liberada para os Rins é transportada pelas 
células epiteliais dos túbulos proximais, segmento 
ascendente espesso da alça de henle e dos túbulos distais 
➢ Uma vez dentro das células a Glutamina é metabolizada 
em uma série de reações que formam: 2 NH4+ + 2 HCO3- 
➢ NH4+: é secretado em direção ao lúmen tubular por mecanismo de cotransporte em 
troca de sódio (Na+), que é reabsorvido 
➢ HCO3- é transportado pela membrana basolateral em conjunto com o Na+ reabsorvido 
em direção ao líquido intersticial, e é captado pelos capilares peritubulares 
➢ Para cada molécular de Glutamina metabolizada no túbulo proximal 2 NH4+ são 
secretados na urina e 2 HCO3- são reabsorvidos no sangue = HCO3- gerado por esse 
processo constitui o “novo HCO3-“ 
Nos túbulos coletores a adição de NH4+ ao líquido tubular 
ocorre por mecanismo diferente: 
➢ H+ é secretado pela membrana tubular em direção ao 
lúmen: onde se combina com NH3 formando NH4+ = que será 
excretado 
➢ Ductos coletores são permeáveis ao NH3: ele consegue se difundir em direção ao lúmen 
tubular 
➢ Porém, a membrana luminal dessa parte dos túbulos é bem menos permeavel ao NH4+: 
assim, quando o H+ reage com o NH3 formando NH4+ ele fice preso ao lúmen e é 
eliminado na urina 
Acidose Crônia Aumenta a Excreção de NH4+ 
Elevação da [H+] no líquido extracelular estimula o metabolismo renal da Glutamina, 
elevando a formaçao de NH4+ e “novo” HCO3- para serem usados no tamponamento de H+, a 
diminuição da [H+] possui efeito oposto 
Em condições normais o H+ eliminado pelo sistema tampão amônia é responsa´vel por 
cerca de 50% do ácido excretado e 50% do novo HCO3- gerado pelos Rins. Porém, na Acidose 
Crônica a excreção de NH4+ pode aumentar para até 500 mEq/dia