Regulação do pH - Biofísica

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Regulação do pH
Equilíbrio ácido-básico
• pH pode ser alterado por introdução ácidos ou 
bases no organismo
• Classificação geral ácidos/bases:
– Fortes – dissociação completa
• Liberação maior H+
• HCl → H+ + Cl-
– Fracos – dissociação incompleta
• No. significativo moléculas permanece intacta
• Liberação menor de H+
• Menor impacto sobre o pH da solução
• H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
Importância do controle do pH
• pH LEC deve permanecer
– 7,35 – 7,45
• Desvios (mudanças [H+]) 
– Alteram estabilidade membrana celular
– Alteram estrutura proteínas 
(denaturação)
– Mudam atividade de enzimas
pH : ↓6,8 e ↑ 7,8
Importância do controle do pH
• pH < 7,35
– Acidemia
• ACIDOSE
• pH > 7,45
– Alcalemia
• ALCALOSE
• Afetam todos os 
sistemas
• SNC
• Cardiovascular
• + sensíveis 
flutuações pH
Importância do controle do pH
Acidose
• Função SNC deteriora 
(coma)
• Contrações cardíacas –
fracas e irregulares
• Sintomas de falência 
cardíaca
• Vasodilatação
periférica – queda pa e 
colapso circulatório
• Controle pH 
importante para a 
homeostase
• Acidose mais comum 
que a alcalose
– Diversos ácidos são 
gerados pela atividade 
celular normal
Tipos de ácidos do organismo
• Ácidos voláteis
• Ácidos não-voláteis 
– orgânicos 
– fixos
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Ácidos voláteis
• Deixam a solução e vão para 
atmosfera
• Ác carbônico (H2CO3 )
– Tec periféricos CO2 + H2O → H2CO3
• dissocia H+ + HCO3-
– Pulmões dissociação em H2O e CO2
• CO2 difunde alvéolos
Tipos de ácidos do organismo 
Ácidos voláteis
CO2 + H2O ↔↔↔↔ H2CO3 ↔↔↔↔ H+ + HCO3-
Dióxido de
carbono
água Ácido 
carbônico
Íon 
bicarbonato
Maior parte 
é convertida 
a ácido 
carbônico
Maior parte 
se dissocia Relação inversa:
PCO2 e pH
Espontânea
Mais rápida presença de anidrase carbônica (AC)
AC – hemácias, fígado, rim, céls parietais estômago
Ácidos voláteis
PCO2 pH
35 - 45 mmHg 7,35 – 7,45
Aumento pH
(mais básico)
diminuição pH
(mais ácido)
diminuição 
pCO2
aumento 
pCO2
Ácidos voláteis
PCO2
pH
Se a pCO2 aumenta 
Acidose 
pH cai
acidose
Ácidos voláteis
PCO2
pH
Se a pCO2 diminui 
pH sobe
alcalose
alcalose
Ácidos fixos
• Excretados pelos rins
• Ác sulfúrico (H2SO4 )
• Ác fosfórico (H2PO4)
– Gerados pequenas quantidades
– Catabolismo aminoácidos 
– Catabolismo de compostos grupo fosfato 
• fosfolípides e ác nucleicos
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Ácidos orgânicos
• Participam ou são subprodutos do 
metabolismo aeróbio/anaeróbio
• Ác lático 
– Metabolismo anaeróbio - piruvato
• Corpos cetônicos
– Sintetizado a partir acetil-CoA
•Condições normais : metabolizados rapidamente sem acúmulo importante
•Condições de produção excessiva:
–Período metab anaeróbio – ác lático aumenta rapidamente
–Jejum ou catabolismo lipídeos excessivo – corpos cetônicos acumulam
Mecanismos de controle do pH
• Equilíbrio ganho e perda de H+
• ganho de H+
– trato digestivo 
– atividade metabólica
• perda de H+
– Excreção renal 
• secreção urina
– Excreção pulmonar 
• formação H2O e CO2 a partir de H+ e HCO3-
Mecanismos de controle do pH
• Locais de remoção distantes dos 
locais de produção
• Sistemas tampão neutralizam H+
– Locais de produção 
– Locais de excreção
Regulação do pH
• Três sistemas atuam para manutenção do 
pH
– Sistemas tampões do organismo
• Químicos – líquidos e tecidos
– Resposta rápida
• Sistema respiratório
– Pulmões via de eliminação de ácidos voláteis CO2
• Sistema renal
– Rins 
» eliminação de ácidos e bases não voláteis
» Manutenção do nível extracelular de íons 
bicarbonato (reabsorção e geração)
Regulação do pH
• Soluções tampão
– Formada por um ácido fraco e um sal do mesmo 
ácido com uma base forte
– Ácido fraco – doador de prótons
– Sal aceptor de prótons
– SOL. TAMPÃO - Doador e aceptor de prótons
– Função –
• doar prótons ao meio na falta de H+
• Captar prótons do meio quando há excesso de H+
Regulação do pH
• Sistemas – tampões químicos do 
organismo
– Sistema proteínas
– Sistema ác carbônico – bicarbonato
– Sistema fosfato
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Regulação do pH
Sistemas tampão
LIC LEC
Fosfato Proteína Ác carbônico-bicarbonato
hemoglobina aminoácidos Prot plasmáticas
Sistemas tampões 
Sistema proteína
• Tampão mais abundante – grande conc
• Composição das proteínas
– aa (lig peptídicas) e radicais livres (dissociação 
com liberação H+)
• [H+] – proteína capta ou libera H+
• pK proteínas próximo de 7,4 – grande 
capacidade de tamponamento
Sistemas tampões 
Sistema proteína
N C
H O
O-
R
H
H
C
Meio alcalino
Aa atua como ácido 
N C
H O
OH
R
H
H
C
N C
H O
O-
R
H
H
C
Meio ácido
Aa atua como base
+H
H+
H+
pH neutro
↑pH
↓ pH
Íon carboxilato
His e Cys – radicais doadores
Íon amino
Sistemas tampões 
Sistema proteína
Efeito limitado 
aa livres 
últimos aa da cadeia polipeptídica 
Aa participam ligação peptídica não funcionam 
como tampões
Sistemas tampões 
Sistema proteína
• Proteínas plasmáticas – contribuem para a capacidade tamponante
do sangue
– Trocas entre LEC e LIC – sistema proteínas ajuda estabilizar o 
pH do LEC
• ↓ pH LEC - bombeamento H+ para LIC
» tamponado pelas proteínas intracelulares
• ↑ pH LEC - troca de H+ por K+
– Processos ajudam a regular o pH
• Lentos (transporte individual do íon H+)
– Sistema não pode fazer ajustes rápidos do pH do LEC
Sistemas tampões 
Sistema hemoglobina
• Tampão mais importante ácidos voláteis
• Hemácias 
– Contém Hb e anidrase carbônica
– Efeito significativo sobre o pH do LEC
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acidez intolerável
Entrada de CO2 capilares – saída O2 (Hb)
Desoxigenação Hb – incorporação H+núcleos imidazólicos
Acidez atenuada – compensação 85%
Eliminação CO2 – elevação acentuada pH
CO2 escapa – Hb capta O2 (liberando H+ dos núcleos 
imidazólicos)
H+ ligados à Hb compensam a saída de CO2
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
– Células geram constantemente CO2
– Maior parte CO2 é convertida a ác carbônico 
que se dissocia no íon H+ e íon bicarbonato
– O ác carbônico e seus produtos de dissociação 
formam o sistema ác carbônico-bicarbonato
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
– O sistema consiste da reação:
CO2 + H2O ↔H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
– Reação reversível
• Alteração em qq participante afeta conc de 
todos 
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
– ↑ H+ maior formação de H2CO3
– HCO3- atua como base fraca que tampona o 
excesso de H+
CO2 + H2O ↔H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
– H2CO3 formado se dissocia em água e CO2
– CO2 vai ser excretado pelos pulmões
• Liberação de H+ por um ác orgânico forte ou por um 
ác fixo e geração ác volátil que pode ser facilmente 
eliminado
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
Importante tamponamento ácidos não 
voláteis gerados pelo metabolismo
– Também protege contra aumento do pH 
(embora situação rara)
Papel primário deste sistema
Evitar mudanças pH causadas por ác
orgânicos/fixos no LEC
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Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
• Principais limitações:
– Não protege o LEC de mudanças pH 
resultantes de níveis elevados ou 
diminuídos de CO2
• CO2 é o ác fraco do sistema
↑H2CO3 H+ HCO3-+CO2 + H2O
Ác fixos/org
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
• Principais limitações:
– Só funciona quando o sistema 
respiratório trabalha normalmente
• Elevação PCO2 estimula a taxa respiratória 
para acelerar a remoção do CO2 pelo pulmão
↑H2CO3 H+ HCO3-+CO2 + H2O
Ác fixos/org
Bloqueio resp – eficiência diminui
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
• Principais limitações:
– Habilidade tamponamento ácidos é
limitada pela disponibilidade de íons 
bicarbonato
• Para cada H+ removido, um íon HCO3- é
retiradojunto
↑H2CO3 H+ HCO3-+CO2 + H2O
Ác fixos/org
Problema raro – reservas (NaHCO3) 
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
↑H2CO3 H+ HCO3-+CO2 + H2O
Ác fixos/org
reservas (NaHCO3) 
Na+ + HCO3- ⇐ NaHCO3
fornece
• Água e CO2 - túbulos renais –
– reabsorção de bicarbonato
– Papel primário deste sistema
• Evitar mudanças pH causadas por ác orgânicos/fixos no LEC
– H+ luz tubular – urina
• Tamponado pelo bicarbonato até chegar aos rins
• Bicarbonato – principal tampão ác não voláteis –
– desaparece da circulação enquanto tampona (CO2 e água) 
– reaparece quando H+ é eliminado pelos rins
Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
• Ação duvidosa (transforma ácido em outro ácido)
– Transforma ác forte num ác fraco
– Acidez do ác forte é neutralizada
• Sistema potente 
– pK H2CO3 = 6,1
– Conc HCO3- : CO2 (20:1)
– [HCO3- ] e [CO2 ] – reguladas rins e pulmões –
• > ou < conc de acordo c/ situação
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Sistemas tampões 
Sistema bicarbonato
• Equação Henderson-Hasselbach
• pH = pK + log bicarbonato 
• ácido (CO2 + H2O ⇒⇒⇒⇒ H2CO3)
– Dissoc NaHCO3 é completa
– Maior parte H2CO3 dissocia-se H2O e CO2
– Substitui-se na eq H-H:
• pH = pK + log [HCO3- ] / [CO2 ] 
– pK H2CO3 = 6,1
– [HCO3- ] = 24 mEq/L e [CO2 ] = 1,2 mEq/L
– pH = 6,1 + log 24/1,2 = 6,1 + log 20 = 7,4
pCO2 x α
0,03
40 mmHg
Razão 20:1
Sistemas tampões 
Sistema fosfato
• Constituído H2PO4- ác fraco
• Operação ≈ sistema bicarbonato
• Reação reversível
• LEC : papel coadjuvante na regulação pH
– [HCO3-] > [HPO42-]
• LIC: papel importante
– Reserva fosfato – base fraca Na2HPO4
• Estabilizador pH urina
Sistemas tampões 
Sistema fosfato
Regulação do pH
Papel dos Pulmões
e dos rins no equilíbrio ácido-
base
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REGULAÇÃO DO pH NO 
ORGANISMO
Solução temporária
H+ excretados
Suprimento 
tampões 
limitado
Manutenção do equilíbrio ácido-
básico
• Manutenção equilíbrio 
– balanço entre ganho e perda H+
• Ações coordenadas :
– sistemas tampões químicos + mecanismos 
pulmonares e renais
• Mecanismos dão suporte ao sistema tampão
– Secreção e absorção H+
– Controle excreção ácidos e bases
– Gerando tampões (quando necessário)
Combinação dos 3 sistemas é que mantém pH dentro de seus estreitos 
limites
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Pulmões no equilíbrio ácido-básico
Sistema respiratório controla a excreção de CO2
Aumento da [CO2] – diminue pH
Diminuição da [CO2] – aumenta pH Equação H-H
Carbono (alimentos) – oxidado – CO2
sanguepulmõesMemb. Respirat.
atmosfera
Capilares
Alvéolos
Dif pressão
ventilação
Pulmões no equilíbrio ácido-básico
• Equilíbrio
– Manutenção da [CO2] LEC
produção metabólica CO2
eliminação pulmonar
Produção CO2
[CO2] lec
acidose
Produção CO2
[CO2] lec
alcalose
Ventilação pulmonar
Pulmões no equilíbrio ácido-básico
Produção CO2
[CO2] lec
acidose
Produção CO2
[CO2] lec
alcalose
Ventilação pulmonar
Considerando a produção de CO2 constante
CO2
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Ventilação
pulmonar
α ventilação
ventilação
CO2
CO2
pH
pH
MECANISMO DA AUTO-REGULAÇÃO DO pH
pCO2 pO2 pH
Sensível à alterações
Rins no equilíbrio ácido-básico
• Sistema renal:
– Manutenção níveis HCO3
– Excreção dos ácidos não voláteis
Metabolismo Ácidos não voláteis
Tampão HCO3
Reabsorção néfron
Excreção renal
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REGULAÇÃO RENAL DO pH
REGULAÇÃO DO pH
AVALIAÇÃO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE
Análise de quatro parâmetros principais determinados em amostras de
sangue arterial. 
pH, 
PCO2, 
bicarbonato 
diferença de bases (excesso ou déficit).
Gasometria - exame que fornece os valores que permitem analisar os gases 
sanguíneos e o equilíbrio ácido-base; 
Analisadores de gases - aparelhos utilizados para a determinação dos gases 
sanguíneos e do pH. 
Coleta das amostras de sangue 
Transporte ao laboratório fidelidade dos resultados
Realização imediata
Análise imediata dos resultados do exame –condições do equilíbrio ácido-
base podem se modificar (terapia intensiva) 
AMOSTRAS DE SANGUE
punção cuidadosa de uma artéria periférica (artéria radial ou a 
femural). 
artéria femural – difícil palpação dos pulsos radiais
hipotensão arterial 
baixo débito cardíaco.
–heparina - para manter a fluidez do sangue. 
-isentas de ar - A PCO2 da amostra será mais baixa enquanto a PO2 
poderá ser mais alta e o resultado pode não refletir as condições 
reais do paciente
-Transporte em gelo – lab distante – metabolismo contínuo
-consumo de oxigênio e produção de CO2
AMOSTRAS DE SANGUE
TÉCNICA DA PUNÇÃO ARTERIAL
A técnica da punção radial é simples mas requer alguma experiência. INTERPRETAÇÃO DO EXAME
A interpretação da gasometria arterial, para a 
identificação de distúrbios do equilíbrio ácido-base é
feita em etapas sucessivas:
* Verificação do pH;
* Verificação da PCO2;
* Verificação das bases (bicarbonato);
* Verificação da diferença de bases (excesso ou déficit).
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VERIFICAÇÃO DO pH
• Constatar desvio
• Causa ?
• Correção ?
Avaliação do tampão CO2/HCO3
• Todos os tampões participam
– Contribuição depende das conc e do pK
• Tampão HCO3 – [CO2] regulada pela função 
pulmonar
• Adição ácido – aumenta [CO2] 
hiperventilação – diminue [CO2]
CLASSIFICAÇÃO 
DOS DESVIOS DO 
EQUILÍBRIO 
ÁCIDO-BASE
Alteração pCO2
Alteração conc HCO3-
Alteração 1ária
Sist resp
Alteração 1ária
Sist renal, metab,
Digest, ou tóxica
VERIFICAÇÃO DA 
PCO2
Hipoventilação
Aum pCO2
Aum ác carb e H+
Hiperventilação
Dim pCO2
Aum pH
VERIFICAÇÃO DAS 
BASES
Aum prod ác não voláteis
Redução excreção ácidos – rins
Perda de álcalis
Mais rara
Maior reabs bicarbonato
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VERIFICAÇÃO DAS 
DIFERENÇAS DE 
BASES
Déficit de bases
Excesso bases
PO4, proteínas ?
Capacidade total de neutralização
mEq de bases que faltam ou que excedem para 
que o pH do sangue seja normal
QUADRO 
LABORATORIAL
QUADRO 
LABORATORIAL
QUADRO LABORATORIAL QUADRO 
LABORATORIAL
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Distúrbios mistos
• Coexistência de duas anormalidades
• pH, pCO2 e HCO3- normais : distúrbio 
anula o outro
– Ins renal crônica avançada (acidose metabólica) 
• alcalose metabólica – vômitos
– Distúrbios concomitantes acidose (R ou M) ou 
alcalose (R ou M) 
• paciente DPOC – (acidose respiratória)
• ins renal ou sepsis (acidose metabólica)
Compensações distúrbios 
ácido-básicos
• Anormalidade em um sistema o outro 
pode compensar o desequilíbrio
• Qualquer um dos 4 distúrbios provoca 
resposta compensatória
• Correção incompleta – compensação 
parcial
Amostra de sangue arterial
Compensação 
respiratória Compensação 
renal
Compensação 
respiratória
Compensação 
renal
Metabólico Respiratório Metabólico Respiratório
Acidose Alcalose
pH< 7,35 > 7,45
HCO-3
< 22 mEq/L
HCO-3
> 28 mEq/L
pCO2
> 45 mmHg
pCO2
<35 mmHg
HCO-3
< 22 mEq/L
HCO-3
> 28 mEq/L
pCO2
<35 mmHg pCO2
> 45 mmHg
Causas
• Causas da acidose 
• sistemas tampão –
funcionamento 
insuficiente
• ↑ ácidos
• ↓ pH
• Respiratório –
– ↑ác. voláteis [CO2]
• Metabólico –
– ↑ ác. Fixos ↓ [HCO3]
• Causas alcalose
• sistemas tampão –
funcionamento 
excessivo
• ↓ ácidos
• ↑ pH
• Respiratório –
– ↓ ác. voláteis [CO2]
• Metabólico –
– ↓ ác. Fixos ↑ [HCO3]
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Acidose respiratória
causas
• Lesão centro respiratório
– Dim respiração
– Acidose aguda
• Doença pulmonar
– Enfisema, bronquite crônica
– Ventilação diminuida
• Acidose crônica
• Uso medicação (depressão SNC)
– sedativos
Alcalose respiratória
causas
• Hiperventilação – dim pCO2 aum pH
• Aguda :
– Estímulo centro respiratório
• Ansiedade
• Tumores, encefalite (lesão)
• Febre
• Sepsis por gram neg
• Intoxicação salicilatos• Cirrose hepática
• Edema pulmonar, pneumonia, fibrose pulmonar
– Interferência trocas gasosas
Acidose metabólica
causas
• Mecanismos
– Aumento produção ác. fixos
– Redução excreção renal ácidos
– Perda de álcalis
• DM
• Acidose lática
• Inanição
• Intoxicação
• Insuficiência renal
• Diarréia
Alcalose metabólica
causas
• Menos freqüente
• Ingestão substâncias alcalinas
• Vômitos
• Administração diuréticos
• Hiperaldosteronismo primário
Hiato aniônico
“anion gap”
• Anions e cátions – conc iguais
• Determinação laboratorial (Na+, Cl-, HCO3-)
• Hiato (conceito diagnóstico)
– Diferença entre os anions (albumina, fosfato, 
sulfato) e os cátions não medidos (Ca, Mg, K)
– Varia de 8 a 16 mEq/L
– HA= [Na] – [HCO3] – [Cl]
– HA = 144 - 24 - 108 = 12 mEq/L
HA ↑ ↑ elevação anions 
não medidos
↓ redução cátions 
não medidos
Hiato aniônico Redução [HCO3-]
Aumento [Cl] α redução [HCO3-]
[Na] normal
Acidose metabólica hiperclorêmica
Auxilia o diagnóstico da causa da acidose metabólica
Diuréticos poupadores de K
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Hiato aniônico
Redução [HCO3-]
[Na] normal
Sem aumento [Cl]
Acidose metabólica 
normoclorêmica