Agua, Acidos, Bases, Solucoes Tampao e Disturbios

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Universidade Federal de Campina Grande - UFCG
CCBS/UAMED
Bioquímica Molecular e Metabólica
Prof. Adriano Mello
Monitores: Luana O. Galdino, Mª Eduarda M. Paulino
Água, Ácidos, Bases, Soluções Tampão e Distúrbios Relacionados
Água
- Compõe 60% da massa do corpo, sendo que ⅓ está no meio extracelular e
⅔ no meio intracelular.
↳ do LEC, 25% está no plasma e 75% está no interstício.
- Tem natureza dipolar e arranjo aproximadamente tetraédrico, o que permite a
formação de pontes de hidrogênio e por isso pode ser considerado solvente
universal.
- A água, como solvente polar, é capaz de dissolver moléculas ́como álcool,
cetona, polipeptídeos, bases complementares de DNA, moléculas polares ou
carregadas eletricamente, hidrofílicas e sais.
Obs: Para moléculas apolares, como gases (N2, O2, CO2) e outras moléculas, há
dificuldade de passar pelo plasma → formação da capa de solvatação - organização
da água ao redor da molécula apolar ou na parte apolar da anfipática
↳ para a melhor passagem dessas
moléculas, há necessidade de “ajuda”
de moléculas anfipáticas, que
possuem uma porção polar e outra
apolar, formando, por exemplo,
micelas (esferas endógenas com
parte externa polar e parte interna
apolar)
ex: LDL, VLDL.
- A água também tem grande participação na regulação térmica, pois facilita a
dissipação de calor de áreas de alto uso de energia (ex: cérebro), possui alto
calor específico e alto calor de vaporização, o que gera efeito de resfriamento
(ex: suor).
Os líquidos corporais possuem uma quantidade específica de eletrólitos, tanto no
LIC quanto no LEC, que devem ter suas concentrações mantidas constantes, na
maioria dos casos, o que ocorre principalmente pelos transportadores (ex: bomba
de sódio e potássio).
Osmolaridade → A osmolaridade corresponde a concentração total de solutos nos
fluidos em nosso corpo.
A água dos líquidos corporais é distribuída de acordo com a concentração de
solutos proporcional à concentração total de moléculas dissolvidas.
A água pode se mover livremente pelas membranas que separam LEC de LIC, mas
outras moléculas não, portanto, quando a concentração de eletrólitos está diferente
do normal no LIC e no LEC, por exemplo, a água, por osmose, pode passar de um
compartimento para outro, para manter a homeostasia. Portanto, a força para
manter a mesma concentração de água em ambos os lados da membrana é
denominada de pressão osmótica.
distribuição iônica nos líquidos corporais:
Na+ 145 mmol/l 12 mmol/l
K+ 4 mmol/l 150 mmol/l
Cl- 105 mmol/l 5 mmol/l
HCO3- 25 mmol/l 12 mmol/l
LEC LIC
situações relacionadas à osmolaridade dos líquidos corporais:
1. Reposição de líquidos corporais
apenas com água:
Há um aumento do volume de água e
uma diminuição da osmolaridade do
LEC, fazendo com que haja entrada de
água por osmose dentro das células.
Além de a célula ficar túrgida, ocorre
apenas o aumento da pressão
sanguínea, que leva ao corpo
reabsorver menos água pela urina e
tentar eliminá-la. Ao eliminar a urina, a
osmolaridade do plasma voltará a
aumentar e a água do LIC sairá das células para o plasma, aumentando
ainda mais a desidratação.
2. Reposição de eletrólitos por
solução hipertônica: Haveria um
aumento do volume de líquido e da
osmolaridade do LEC, puxando água
do LIC, diminuindo o volume de líquido
das células por
osmose e quebrando as
osmolaridades, tanto do LIC, como do
LEC.
3. Reposição de eletrólitos/líquidos por
solução isotônica (solução fisiológica):
De início, há um aumento do volume do
LEC, porém sem alterar a osmolaridade. O
volume do LIC então se estabilizaria pois a
água poderia passar livremente através da
membrana, e o excesso de volume seria
eliminado pela urina.
Como ela é mantida? Tem tudo a ver com a pressão dos líquidos!
- Osmorreceptores hipotalâmicos e capacidade dos rins de perceber a
composição dos fluidos;
- Barorreceptores carotídeos e aórticos especializados em receber a pressão
(estimulam a vasodilatação e a diminuição dos bpm);
- Liberação de hormônios em resposta à pressão e à osmolaridade (ex:
hormônio natriurético atrial - resposta à hipernatremia - regulação da pressão
sanguínea);
- Ação do rim em regular a reabsorção de sódio e de água.
Ácidos, Bases e Soluções Tampão
pH (-log[H+]) fisiológico - todo líquido corporal tem o seu, não existe um só pH para
todo o corpo.
Ácido - perde prótons H+ { forte (doa mais H+/ se ioniza mais) ou fraco (doa menos
H+/se ioniza menos)
Base - recebe prótons H+
Kac → mede a força de um ácido/ grau
de dissociação
quanto maior o Ka, menor o pH
*quando a reação é escrita de forma
reversível, o ácido é fraco, e quando
não, é forte (não volta à forma molecular)
→ pKa = - log[Ka] → “contrário do Ka” quanto menor o pKa, mais forte o ácido.
LEMBRAR: pKa refere-se à substância, enquanto o pH refere-se ao meio, mas têm
sentidos muito parecidos.
Os ácidos fracos que possuem um pKa próximo ou igual ao pH do meio, ajudam a
controlá-lo, e são chamados de soluções tampão. Resistem à ação do pH quando
íons H+ ou OH- são adicionados ao meio.
Um ácido fraco estará 50% dissociado em um pH = seu pKa. Se o pH do meio
estiver menor do que o pKa, ficará menos dissociado (+ protonado), e se estiver
maior do que o pKa, ficará mais dissociado.
Exemplo principal: Ácido Carbônico (H2CO3)
Respiração Celular libera CO2 (apolar) → sofre a ação de uma enzima chamada de
anidrase carbônica → H2CO3 (ác fraco) ⇄ HCO3- (bicarbonato) + H+ → nos
pulmões, a anidrase ajuda a inverter a reação, transformando o ácido de volta em
CO2 para ser eliminado. As proporções da forma protonada do ácido carbônico e do
íon bicarbonato irão depender do pH do meio, pois o tampão tentará regulá-lo.
↑ H+ no meio - tendência à forma protonada (para captar os H+ excedentes)
↓ H+ no meio - tendência à forma dissociada (para regular o pH do meio)
Ácidos metabólicos - ácidos produzidos pelas reações do metabolismo corporal que,
para serem transportados na corrente sanguínea até serem excretados como CO2
do ar expirado e como íons na urina, precisam ser tamponados nos líquidos
corporais.
formas de tamponamento:
- H2CO3 ⇆ HCO3- + H+;
- Hemoglobina nos eritrócitos;
- H2PO4- ⇆ + H+ (todos os tipos de célula);𝐻𝑃𝑂
4
−2 
- Proteínas Plasmáticas (ex: albumina, podem captar e liberar H+ por suas
cadeias laterais);
- Glicose-6-Fosfato e ATP;
- Íons Amônio na urina (NH3 + H+ ⇆ NH4+).
Distúrbios Ácido-Base
Quando as mudanças do pH do meio não são capazes de serem reguladas pelas
soluções tampão, existe um distúrbio ácido-base.
Acidose Metabólica → Distúrbio que reduz a concentração sérica de HCO3- (íon
bicarbonato) - assim, “sobra” H+ sem ser tamponado e ocorre a redução do pH.
Alcalose Metabólica → Distúrbio que aumenta a concentração de sérica de HCO3-
(íon bicarbonato) - assim, prevalece a forma protonada e reduz a concentração de
H+, ocorrendo o aumento do pH.
Acidose Respiratória → Distúrbio que eleva a pCO2 arterial e diminui o pH.
Alcalose Respiratória → Distúrbio que diminui a pCO2 arterial e aumenta o pH.
Distúrbio Mistos → Presença simultânea de mais de um distúrbio ácido-base.
Compensação Respiratória → Geralmente, quando tem-se uma acidose/alcalose
metabólica, a compensação é respiratória - rápida - e ocorre com o aumento ou
diminuição da ventilação para eliminar mais ou menos CO2 (dependendo do
distúrbio), e assim, tentar regular o pH do meio.
Compensação Renal → Resposta demorada, e ocorre completamente quando há
um distúrbio respiratório crônico (não agudo). Em caso de distúrbio respiratório, a
compensação inicialmente se dará pelos tampões por todo o corpo, aumentando ou
diminuindo a concentração de HCO3- a depender do distúrbio diretamente
proporcional ao aumento ou diminuição da pCO2. Caso persista por muitas horas, a
segunda fase da compensação ocorre nos rins, excretando mais H+ ou mais
HCO3-, dependendo do distúrbio.
Aplicação
Diabetes e sua relação com Acidose Metabólica e Diurese Osmótica:
A diabetes mellitus tipo I é uma doença autoimune em que o próprio sistema
imunológico ataca as células -pancreáticas, produtorasde insulina. A insulina éβ
essencial para o corpo, pois comanda, nas células, a expressão de uma proteína de
membrana chamada de GLUT, que permite a passagem da glicose de fora para
dentro da célula. A glicose tem uma estrutura hexagonal e complexa que não
permite a difusão simples pela membrana celular, e por isso, a ação da insulina é
essencial.
Uma vez que uma pessoa diabética não possui quantidades de insulina
significativas, a glicose ingerida pela alimentação não consegue ser metabolizada
pelo corpo, ficando em altas concentrações no sangue (hiperglicemia). Uma
concentração de glicose mais alta no sangue pode gerar uma quebra na
osmolaridade e consequente saída de água do LIC para o LEC por osmose. Assim,
o volume de líquidos do LIC diminuiria, gerando uma desidratação intracelular,
enquanto no LEC haveria um aumento no volume, e, portanto, na pressão, que
levaria o corpo a produzir mais urina como uma forma de excretar o excesso de
água do LEC e regularizar a pressão plasmática; havendo, assim, uma diurese
osmótica.
Além disso, a não metabolização da glicose (fonte primária de energia do nosso
corpo) levaria as células à -oxidação de ácidos graxos (metabolização de lipídiosβ
para produção de energia). Entretanto, essa -oxidação leva à formação de
subprodutos, como o Acetil-CoA, que serve para a formação de ATP e forma corpos
cetônicos (acetoacetato, -hidroxibutirato, acetona), que são ácidos e levam àβ
diminuição do pH sanguíneo, gerando uma acidose metabólica. Assim, há um
deslocamento da reação do tampão bicarbonato para a eliminação do ácido na
forma de CO2 pela ventilação. Assim, no caso da Di, por exemplo, ela tem uma
hiperventilação como uma compensação respiratória da acidose metabólica que
teve: a respiração de Kussmaul.
*Relação com os eritrócitos → A anidrase carbônica não se encontra no plasma
sanguíneo, mas sim nas hemácias, facilitando a conversão do H2CO3 em CO2 e
vice-versa. O H+ liberado pela dissociação do H2CO3 também pode ser tamponado
pela captação do aminoácido histidina da hemoglobina, em sua cadeia lateral.
Quando o sangue chega aos alvéolos pulmonares, os H+ são liberados para se
juntarem ao H2CO3 e serem interconvertidos em CO2 pela anidrase carbônica e
liberados dos eritrócitos, expirados na ventilação. Enquanto isso, o O2 é capturado
pois tem mais afinidade com a Hb.
Entretanto, a compensação respiratória não funciona eternamente, pois a ventilação
necessita dos músculos respiratórios, que precisam de glicose, que já está em falta
nas células de uma pessoa diabética. Por isso, se o quadro não for revertido por
intervenção externa, pode chegar ao coma.
Por que o coma ocorre? Em alguns casos de acidose, o coma pode ocorrer por
duas razões principais: 1. anóxia, principalmente no distúrbio respiratório 2.
aumento do anion gap/hiato iônico, em que a ddp entre a porção intracelular e a
extracelular aumenta muito. Ocorre principalmente pelo aumento proporcional de
cargas positivas e diminuição das negativas fora da membrana celular (↑H+
↓HCO3-), gerando uma hiperpolarização que dificulta a transmissão de impulsos
nervosos. Uma vez que as sinapses não são capazes de serem formadas, ocorre a
depressão do SNC e coma.
obs: Nos casos de alcalose, pode haver convulsão. Uma vez que na alcalose há
uma diminuição do anion gap/hiato iônico, em que a ddp entre a porção intracelular
e a extracelular diminui muito, já que há uma diminuição das cargas positivas e um
aumento das negativas fora da membrana celular ((↑HCO3- ↓H+). Isso gera uma
facilidade na formação do potencial de ação celular, superestimulando a
transmissão de impulsos nervosos. Ocorre então, a hiperexcitação do SNC e
possível convulsão.