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pH E TAMPÕES O íon hidrogênio (H+) é o íon mais importante nos sistemas biológicos A [H+] nas células e líquidos biológicos influencia a velocidade das reações químicas, a forma e função das enzimas assim como de outras proteínas celulares e a integridade das células ÍON HIDROGÊNIO A [H+] nas células e líquidos biológicos deve estar em torno de 0,4nM (0,4x10-7) 80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia. ÁCIDOS Conceito de Arrhenius: Ácido é toda substância que em solução aquosa libera como cátion o íon hidrogênio (H+). Ex.: HCl + H2O H3O+ + Cl- Conceito de Brönsted e Lowry: Ácido é um doador de prótons, um substância que pode transferir um próton para outra. BASES Conceito de Arrhenius: Base é toda substância que em solução aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila (OH-). Ex.: NaOH + H2O Na+ + OH- Conceito de Brönsted e Lowry: Base é um receptor de prótons. Um ácido pode transferir um próton para uma base. Ex.: NH3 + H2O NH4+ + OH- Ácidos e Bases CH3-COOH + H2O CH3-COO - + H3O+ (ácido) (base) O íon acetato é a base conjugada do ácido acético O ácido acético é o ácido conjugado do íon acetato O íon hidrônio é o ácido conjugado da água A água é a base conjugada do íon hidrônio Ácidos aumentam a [H+] de uma solução aquosa e bases a diminuem íon acetato íon hidrônioácido acético (ácido)(base) Dissociação da água e seus produtos iônicos H2O + H2O OH - + H3O+ A água funciona tanto como ácido quanto como base Lei da ação das massas: K = [ H3O+] [OH -] = [ H3O+] [OH -] [H2O] [H2O] [H2O]2 K.[H2O]2 = Kw = [ H3O+] [OH -] = 10-14 Na água pura a [H+] é igual a [OH-] que é igual a 10-7 MOLÉCULA POLAR MOLÉCULA APOLAR ACETONA METIL PROPANO ÁGUA ÁGUA CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS PRÓXIMA CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS AFASTADA As proteínas transportadoras aumentam a eficiência do transporte de pequenas moléculas hidrofílicas através da membrana plasmática DIFUSÃO FACILITADA Mudanças na concentração de íons Hidrônio (H3O+) ou ions Oxidrila (OH-) alteram a solubilidade das substancias e compostos hidrossolúveis QUANDO HÁ ALTERAÇÃO NA CONCENTRAÇÃO DOS PRODUTOS IÔNICOS DA ÁGUA, TAMBÉM HÁ ALTERAÇÃO NA FORÇA IÔNICA DA SOLUÇÃO SOLUÇÕES ACIDAS SOLUÇÕES BÁSICAS SOLUÇÃO NEUTRA ALTA FORÇA IÔNICA ALTA FORÇA IÔNICA BAIXA FORÇA IÔNICA Potencial hidrogeniônico (pH) A [H+] de uma solução é quantificada em unidades de pH O pH é definido como o logarítmo negativo da [H+] pH = -log [H+] A escala de pH varia de 1 até 14, uma vez que qualquer [H+] está compreendida na faixa de 100 a 10-14. ESCALA DE pH pH H3O+ (mols/L) OH- (mols/L) 0 100 = 1 10-14=0,000 000 000 000 01 3 10-3 = 0,001 10-11=0,000 000 000 01 7 10-7 = 0,000 000 1 10-7=0,000 000 1 10 10-10 = 0,000 000 000 1 10-4=0,000 1 14 10-14 =0, 000 000 000 000 01 10-0=1 ACIDEZ ALCALINIDADE Homeostasia é a constância do meio interno pH x homeostasia equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre remoção desses íons do organismo. o organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, conseqüentemente o pH sangüineo, dentro da normalidade, ou seja manter a homeostasia . pH do Sangue Arterial 7,47,0 7,8 Faixa de sobrevida Acidose Alcalose pH normal Aumento da [H+] 7,4 Acidose Alcalose Queda do pH Acúmulo de ácidos Acúmulo de basesPerda de ácidos Perda de bases Diminuição da [H+] Escala de pH Aumento do pH Alterações no pH ESPECIFICIDADE ADAPTAÇÃO AMPLIFICAÇÃO INTEGRAÇÃO SINALIZAÇÃO CELULAR PROTEÍNAS SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR PROTEÍNAS DIVERSAS VIAS DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA SINALIZADOR EXTRACELULAR PROTEÍNAS RECEPTORAS PROTEÍNAS SINALIZADORAS PROTEÍNAS ALVOS ENZIMAS METABÓLICAS PROTEÍNAS REGULADORAS DE GENES PROTEÍNAS DO CITOESQUELETO ALTERAÇÕES NO METABOLISMO ALTERAÇÕES NA EXPRESSÃO DE GENES ALTERAÇÕES NA FORMA E NO MOVIMENTO DAS CÉLULAS TENDE A ALTERAR A FORMA E, CONSEQUENTEMENTE, A FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS - pH: Idem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise. H + H + H + H + Íons Hidrogênio podem interferir na catalise Tabela 1: pH Ótimo de algumas enzimas 7.0 Catalase 4.6 - 5.2 Amylase (malt) 6.7 - 7.0 Amylase (pancreas) 6.1 - 6.8 Maltase 4.5 Invertase 7.0 Urease 7.8 - 8.7 Trypsin 1.5 - 1.6 Pepsin 4.7 Lipase (castor oil) 4.0 - 5.0 Lipase (stomach) 8.0 Lipase (pancreas) pH Optimum Enzyme fonte: http://www.worthington-biochem.com/introBiochem/effectspH.html COMPARTIMENTOS biológicos COM pH diferenciado Ativação de enzimas específicas Garantem a homeostase Tanto da células quanto do organismo Canalículos secretórios (pH < 2,0) H+ K+ ATPase Citosol (pH 7,3) CCéélula parietallula parietal H+ H+ H+ H+ K+ K+ K+K + K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ Cl _ Cl _ Cl _ Cl _Cl _ Cl _ ATP ADP HCl HCl HCl HCl Sangue (pH 7,4) OmeprazolOmeprazol irreversirreversíívelvel PEPSINA RR P P 4 - DEGRADAÇÃO R A A A 2 - SEQUESTRO 3- RECICLAGEM R A Arr FOSFATASES REGULAÇÃO DE RECEPTORES INDUZIDA POR AGONISTAS FUNCIONAM EM Ph mais ácido < 7 Ph mais ácido < 6PROTEASES H+ bomba De protóns H+ ATP ADP H+ GRKs = quinases dependentes de receptores acoplados a proteína G 1- DESSENSIBILIZAÇÃO GRKs R P A Arr AC Ptn G (quinases) Alterações bruscas de pH podem levar as proteínas a desnaturação Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicos Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3 Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose Ácido Carbônico Ácido Lático Ácido Sulfúrico Ácido Fosfórico Corpos Cetônicos Ácidos H+ Oxidação de Amino ácidos Sulfurados Oxidação incompleta de ácidos graxos Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas Corpos Cetônicos • São produzidos em resposta a níveis elevados de Ácidos Graxos no fígado. • Quando Acetil CoA excede capacidade oxidativa do fígadoMitocôndrias hepáticas Corpos cetônicos CH3 C O CH3 Acetona CH3 C O CH2 C O O-Acetoacetato CH3 C OH H CH2 C O O- 3 Hidroxibutirato Doador de Hidrogênio • Funções: – Importantes fontes de energia para tecidos periféricos; – São solúveis em solução aquosa (Não precisam de transportadores no sangue); – Usados nos tecidos extra-hepáticos (inclusive cérebro); – Em jejum muito prolongado 75% das necessidades energéticas do cérebro são atendidas pelo acetoacetato; Corpos Cetônicos * A acetona não é utilizada pelo corpo como um combustível, ela é volátil e pode ser eliminada pela respiração (Hálito Cetônico). • Cetose:aumento da concentração de Corpos Cetônicos nos Tecidos Líquidos e Corporais. • Velocidade de formação de Corpos Cetônicos é maior que sua utilização. Corpos Cetônicos Cetonemia (aumento de níveis no Sangue). Cetonúria (Urina). • Condições Típicas que se observa a Cetose: jejum, Diabetes mellitus, Dietas ricas em Gorduras e pobres em Glicídios, • Secreções contínuas em maior quantidade acarretam a perda de cátiontampão (OH-) à medida que circula no sangue diminuição do pH corporal cetoacidose. Corpos Cetônicos EXTERNALIZAÇÃO DE TRANSPORTADORES DE GLICOSE INDUZIDA POR INSULINA reserva intracelular de transportadores de glicose presente nos endossomas Mobilização da reserva intracelular de transportadores de glicose para a membrana plasmática Transportador de glicoseReceptor de insulina Células não estimulada Insulina Mais Transportadores de glicose Células estimulada EXOCITOSE DM do tipo 1 resulta primariamente da destruição das células beta pancreáticas e tem tendência à cetoacidose; Inclui casos decorrentes de doença auto-imune e aqueles nos quais a causa da destruição das células beta não é conhecida; A forma rapidamente progressiva é comumente observada em crianças e adolescentes, porém pode ocorrer também em adultos; A forma lentamente progressiva ocorre geralmente em adultos e é referida como diabetes latente auto-imune do adulto. Diabetes Mellitus (DM) SBD, 2002 DM do tipo 2: graus variáveis de resistência à insulina e deficiência relativa de secreção de insulina; A maioria dos pacientes tem excesso de peso e a cetoacidose ocorre apenas em situações especiais, como durante infecções graves; O diagnóstico, na maioria dos casos, é feito a partir dos 40 anos de idade, embora possa ocorrer mais cedo, mais raramente em adolescentes. Nos últimos anos, a incidência de diabetes do tipo 2 vem crescendo entre crianças e jovens nos Estados Unidos, em associação ao aumento da obesidade Diabetes Mellitus (DM) SBD, 2002 SBD, 2002 pH dos Líquidos Corporais Concentração de H+ em mEq/l pH Líquido Extracelular Sangue arterial 4.0 x 10-5 7.40 Sangue venoso 4.5 x 10-5 7.35 Líquido Intersticial 4.5 x 10-5 7.35 Líquido Intracelular 1 x 10-3 a 4 x 10-5 6.0 a 7.4 Urina 3 x 10-2 a 1 x 10-5 4.5 a 8.0 HCl gástrico 160 0.80 Medidas de pH Eletrométrico pHmetro Lavar o eletrodo e secar com papel absorvente Padronização feita com soluções de pH abaixo e acima do que vai ser medido Potenciômetro mede [H+] diferença de potencial elétrico entre duas soluções Colorimétrico indicadores Indicador-H H+ + Indicador (Cor A) (Cor B) Medidas de pH Indicadores de pH Indicadores de pH são substâncias (corantes) utilizadas para determinar o valor do pH Exemplos Metil-violeta pH 0 2 4 6 8 10 12 Amarelo Violeta Tornassol Amarelo Azul incolor Vermelho Violeta Fenolftaleína Os Sistemas Tampões COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Um tampão resiste ás variações no pH porque ele contém tanto espécies ácidas para neutralizar os íons OH- quanto espécies básicas para neutralizar os íons H+. Exigência preenchida por um par ÁCIDO-BASE CONJUGADO CH3COOH / CH3COO- NH4+ / NH3ou Íon Amônio Amônia ácido base- conjugada Acido acético acetato Ácido- conjugado base COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Íons OH- são adicionados à solução-tampão: HX (aq) H2O (l) + X- (aq)OH- (aq) + [HX] [X-] Quantidades de HX e X- no tampão são grandes comparadas com a quantidade de OH- adicionada, por isso a razão [HX] / [X-] não varia muito, tornando a variação no pH pequena. Adição de hidroxilas (tende a consumir o ácido) Concentração do ácido fraco diminui Concentração da base conjugada aumenta Mudanças estreitas nos valores de pH Acido fraco base conjugada COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Íons H+ são adicionados à solução-tampão: [X-] [HX] Quantidades de HX e X- no tampão são grandes comparadas com a quantidade de H+ adicionada, por isso a razão [HX] / [X-] não varia muito, tornando a variação no pH pequena. X- (aq) HX (aq)H+ (aq) + Adição de ácido (tende a consumir a base) Concentração da base fraca diminui Concentração do ácido conjugado aumenta Mudanças estreitas nos valores de pH COMO SÃO FORMADAS AS SOLUÇÕES TAMPÕES? PORQUE SEMPRE TEMOS ACIDOS FRACOS OU BASES FRACAS FORMANDO OS TAMPÕES? Ka = [H+] [X-] [HX] Produto da dissociação do ácido Reagente (ácido) CONSIDERANDO-SE UM ÁCIDO FORTE DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO FORTE EM SOLUÇÃO AQUOSA É TOTAL DENOMINADOR É CONSIDERADO ZERO Não É POSSIVEL CALCULAR O VALOR DO Ka Denominador ñ pode ser zero HCl H + Cl _ + (Ácido forte) (base-conjugada) Base muito fraca CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO Considerando-se um ácido fraco: Ka = [H+] [X-] [HX] Produto da dissociação do ácido Reagente (ácido) DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO FRACO EM SOLUÇÃO AQUOSA É PARCIAL Denominador É MAIOR DE ZERO DENOMINADOR É MAIOR QUE ZERO É POSSIVEL CALCULAR O VALOR DO Ka CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H+(aq) ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO FRACO (base-conjugada) BASE FRACA Ka QUAL É A COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO? COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Preparação Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca com um sal do ácido ou da base. ácido carbônico bicarbonato 4.45 x 10-7 5,35 -7,35 EQUAÇÃO DE HENDERSEN-HASSELBALCH Ka [HX] [X-] [H+] = - log Ka [HX] [X-] - log [H+] = - log Ka - log= [HX] [X-] Onde, - log [H+] = pH e – log Ka = pKa, temos: [HX] [X-]= pKa + logpH pH = pKa - log [HX] [X-] [X-] [HX] = pKa + log ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO FRACO BASE FRACA Ka Ka da reação = 1.8 x 10-5 pKa = – log KapKa = – log Ka pH = pKa = 4,74 Se a relação de entre os produtos e o reagente for de 1/10 pH = pKa + log [X-] [HX] (4,74) pH = 4,74 - 1 pH = 3,7 CH3COOH(aq) acetato (base-conjugada) CH3COO-(aq) + H+(aq) C H 3 C O O - (a q ) C H 3 C O O H ( a q ) ESPÉCIE ÁCIDA ESPÉCIE BÁSICA (1 mM) (10 mM) Mais ácido Se a relação entre produtos e reagentes for de 10/1 pH = 4,74 + 1 pH = 5,74 CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H+(aq) ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO FRACO (base-conjugada) BASE FRACA Ka Ka da reação = 1.8 x 10-5 pKa = – log KapKa = – log Ka pH = pKa = 4,74 pH = pKa + log [X-] [HX] (4,74) C H 3 C O O - (a q ) C H 3 C O O H ( a q ) ESPÉCIE ÁCIDA ESPÉCIE BÁSICA (10 mM) (1 mM) Mais básico COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Os tampões resistem mais eficazmente à variação de pH em qualquer sentido quando as concentrações de ácido fraco e base conjugada são aproximadamente as mesmas. A partir da equação: Quando as concentrações de ácido fraco e base conjugada são iguais, [H+] = Ka. Geralmente tentamos selecionar um tampão cuja forma ácida tem pKa próximo do pH desejado. Ka [HX] [X-] [H+] = Valores iguais = 1 Valor do pKa = 4,74 Valor do pH será próximo de 4,74(ácido acético/acetato) Poder Tamponante pH do tampão Concentrações do sal e do ácido Relação Sal/Ácido = 0,1 (1/10) pH = pKa + log 0,1 pH = pKa -1 Relação Sal/Ácido = 10/1 pH = pKa + log 10 pH = pKa +1 Poder tamponante de um sistema tampão pode ser definido pela quantidade de ácido forte que é necessário adicionar para fazer variar o pH de uma unidade pH = 3,7 (ácido acético/acetato) pH = 5,74 (ácido acético/acetato) CAPACIDADE DE TAMPÃO É a quantidade de ácido ou base que um tampão pode neutralizar antes que o pH comece a variar a um grau apreciável. Depende da quantidade de ácido e base da qual o tampão é feito. Se um tampão apresentar mais espéciesbásicas (tampão básico) – ele irá suportar maior adição de ácidos Se um tampão apresentar mais espécies ácidas (tampão ácido) – ele irá suportar maior adição de bases Exemplos de Tampões CH3-COOH + CH3-COONaAcetato Bicarbonato H2CO3 + NaHCO3 Fosfato H2PO-4 + NaHPO4 Amônia NH4OH + NH4Cl COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Preparação Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca com um sal do ácido ou da base. ácido carbônico bicarbonato 4.45 x 10-7 5,35 -7,35 Sistemas Primários Reguladores do pH Os sistemas químicos de tampões ácido-base dos líquidos corporais; O centro respiratório, que regula a remoção de CO2 do líquido extracelular; Os rins, que agem reabsorvendo o bicarbonato filtrado ou eliminando o H+ pelo sistema tampão fosfato ou na forma de NH4+. Os Sistemas Tampões do Organismo Os principais sistemas tampões presentes no organismo, que permitem a manutenção da homeostasia, são: SISTEMA BICARBONATO SISTEMA FOSFATO PROTEÍNAS SISTEMA DA AMÔNIA SISTEMA BICARBONATO SISTEMA FOSFATO PROTEÍNAS SISTEMA DA AMÔNIA principal sistema tampão do organismo responsável principal pelo tamponamento do meio extracelular Depende muito da função integrada dos rins e pulmões É predominante no sangue (plasma), no filtrado renal e fluído extracelular PRESENÇA RELEVANTE NO FILTRADO RENAL Tem ação adjuvante com o Sistema Bicarbonato Funcionam como sistema tampão principalmente no meio intracelular e têm ação adjuvante com os sistema bicarbonato no plasma sanguíneo (proteínas plasmáticas) PRESENÇA RELEVANTE NO FILTRADO RENAL Favorece eliminação de íons hidrogênio pela desaminação da glutamina SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue. SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO H2CO3 / HCO3- : são um par ácido base conjugado. SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato: CO2: um gás que fornece um mecanismo para o corpo se ajustar aos equilíbrios. A remoção de CO2 por exalação desloca o equilíbrio para a direita, consumindo íons H+. H+(aq) + HCO3-(aq) H2CO3(aq) H2O(l) + CO2(g) rim pulmão SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Para que o tampão tenha pH de 7,4, a razão [base] / [ácido] deve ser igual a um valor de 20. No plasma sangüíneo normal as concentrações de HCO3- e H2CO3 são aproximadamente de 0,024 mol / L e 0,0012 mol /L, respectivamente. 20 espécies básicas para 1 espécie ácida 20 espécies básicas para 1 espécie ácida O tampão tem alta capacidade para neutralizar ácido adicional, mas apenas uma baixa capacidade para neutralizar base adicional. SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO Se um tampão apresentar mais espécies básicas (tampão básico) – ele irá suportar maior adição de ácidos Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicos Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3 Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose Ácido Carbônico Ácido Lático Ácido Sulfúrico Ácido Fosfórico Corpos Cetônicos Ácidos H+ Oxidação de Amino ácidos Sulfurados Oxidação incompleta de ácidos graxos Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas APLICAÇÕES DOS CONCEITOS de pH e Tampão na Fisiologia, na Farmacologia e na Clínica médica. pH em condições normais é de 7,4 pH abaixo de 7,35 indica acidose, devido a alta de H+ pH acima de 7,45 indica alcalose, como resultado da diminuição de H pH abaixo de 6,8 ou acima de 7,8 é, praticamente, fatal. alcalose7,700,0002 normal7,400,00004 acidose7,220,00006 Status Ácido- Básico pH[H+] (mEq/l) O pH do plasma Limites confiáveis: PCO2 37 mmHg e 45 mmHg Bicarbonato 22meq/l e 26 meq/l Sistema de tamponamento dióxido de carbono- bicarbonato é o principal tampão extracelular Controle SNC e pulmão Controle renal Tamponamento intracelular : Hemoglobina Proteínas Fosfato dibásico Carbonato osseo Tampões fixos ( ñ permitem grandes variações em seus componentes básicos e ácidos ) É um tampão dinâmico Sua capacidade tamponante pode ser regulada HOMEOSTASIA E DISTÚRBIOS ÁCIDO-BASE Os principais órgãos que regulam o pH do sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato são pulmões e rins. Os rins absorvem ou liberam H+ e HCO3-; muito do excesso de ácido deixa o corpo na urina, que normalmente tem pH de 5,0 a 7,0. SISTEMA RENAL Alguns dos receptores no cérebro são sensíveis às concentrações de H+ e CO2 nos fluídos corpóreos. Quando a concentração de CO2 aumenta, os equilíbrios deslocam-se para a esquerda, o que leva à formação de mais H+. Os receptores disparam um reflexo para respirar mais rápido e mais profundamente, aumentando a velocidade de eliminação de CO2 dos pulmões e deslocando o equilíbrio de volta para a direita. HOMEOSTASIA E DISTÚRBIOS ÁCIDO-BASE CONTROLE NEURAL FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA Os mecanismos que controlam a respiração são complexos. Há um grupo de centros respiratórios localizados no tronco cerebral produzindo atividade respiratória automática. Eles são regulados principalmente pela aferência de quimiorreceptores. Este controle pode ser cancelado por uma ação voluntária (comando cortical). Segurar o fôlego, HIPERVENTILAR VOLUNTARIAMENTE, ou suspirar são exemplos do que podemos fazer com nosso controle voluntário sobre a respiração. CONTROLE NEURAL DA RESPIRAÇÃO O principal centro respiratório está no assoalho do 4o Ventrículo, com um grupo de neurônios inspiratórios (dorsais) e outro grupo expiratório (ventral) . Os neurônios inspiratórios disparam automaticamente, enquanto que os expiratórios são utilizados somente durante a expiração forçada. Os dois outros principais centros são o CENTRO APNÊUSTICO, que estimula a inspiração e o CENTRO PNEUMOTÁXICO, que termina a inspiração pela inibição do grupo de neurônios dorsais descritos acima. Os QUIMIORRECEPTORES que regulam a respiração são localizados centralmente e perifericamente. Normalmente o controle é exercido por receptores centrais localizados na medula, que respondem à concentração do íon hidrogênio [H+] no líquido cerebroespinhal (CSF), DETERMINADO PELO pressão de CO2 ARTERIAL, que se difunde livremente através da barreira hemato-encefálica. Mecanismos pulmonares na regulação ácido-básica O LCR tem baixa capacidade tamponante Poucas proteínasProteínas plasmáticas quimioceptores TECIDO NERVOSO LCR Líquido cefaloraquidiano Sangue venoso Sangue arterial CO2 produzido pelo metabolismo Barreira hematoencefálica TECIDO NERVOSO Barreira hematoencefálica LCR A resposta é rápida e sensível a pequenas mudanças no CO2 arterial (PaCO2). Além disso, há quimiorreceptores periféricos localizados nos corpos aórticos e carotídeos, a maioria dos quais sensíveis à queda da PaO2, e uma pequena minoria que respondem à elevação da PaCO2. O grau de hipoxemia necessário para produzir ativação significativa nesses receptores de O2 é tal que eles praticamente não fazem parte da regulação neural da respiração em condições normais. Caso profunda hipoxemia (PO2 abaixo de 60 mm Hg) se desenvolva, passarão a ter alguma importância. Isto também acontece nos casos onde a PaCO2 está cronicamente elevada, levando a uma diminuição da sensibilidade dos receptores centrais.Nestes casos, o bicarbonato plasmático está também normalmente elevado (acidose respiratória compensada). QUIMIORRECEPTORES SENSÍVEIS AO VARIAÇÕES DA PaO2 LOCALIZADOS NOS CORPOS CAROTÍDEOSE AÓRTICOS MUDANÇAS NA CONCENTRAÇÃO INTERNA DE CÁLCIO LIBERAÇÃO DE DOPAMINA POR EXOCITOSE ATIVAÇÃO DE FIBRAS AFERENTES VAGAIS ATIVAÇÃO DE UM CONJUNTO DE RESPOSTAS QUE LEVAM A UM AUMENTO DA PaO2 CONTROLE NEURAL DA RESPIRAÇÃO Reflexo quimiorreceptor Corpos carotídeos e aórticos Quimiorreceptores periféricos Quimiorreceptores centrais : Bulbo e hipotálamo Centro respiratório bulbar FISIOLOGIA RENAL Papel do Rim no controle do pH plasmático FUNÇÃO E ESTRUTURA RENAL ANATOMIA RENAL – O RIM Cada rim tem a forma de um grande grão de feijão e as seguintes dimensões em um adulto Peso = 120 - 180 gramas Profundidade = 2,5 - 3 cm Largura = 5 - 7 cm Altura = 10 - 13 cm FILTRAFILTRAÇÇÃOÃO dos capilares glomerulares para a cápsula de Bowman A – filtração glomerular B – reabsorção tubular C – secreção tubular PrincPrincíípios de Formapios de Formaçção da urinaão da urina A REABSORREABSORÇÇÃO TUBULARÃO TUBULAR é o movimento de água e solutos do lúmen tubular para o sangue (independentemente do mecanismo). É um processo altamente seletivo e fundamental para algumas substâncias como o Na+, Cl-, HCO3-, PO4²-, Ca2+, Mg2+, glicose, a.a., água, entre outras. A SECRESECREÇÇÃOÃO pode ser definida como a movimentação de solutos do sangue para o lúmen tubular ou, de substâncias produzidas nas células tubulares, do interior destas para o lúmen tubular. É um processo importante para algumas substâncias entre as quais o H+, K+, NH4+. Capilar periglomerular secreção Células tubulares filtração lúmen Via transcelular Via paracelular solutos água Excreçãoreabsorção Fluxo de massa sangue ativo passivo BALANÇO RENAL DO BICARBONATO TÚBULO PROXIMALLúmen URINA CÉLULA TUBULAR PROXIMAL Liquido intersticial HCO3 APICAL BASAL H + Na+ HCO3 FILTRADO TUBULAR H2CO3 H2O CO2 CO2 CO2 HCO3 H2O H2CO3 H +H + Cl _Cl _ HCO3 ATP Na+ K + S A N G U E Anidrase carbônica Anidrase carbônica H2O BALANÇO RENAL DA AMÔNIA TÚBULO PROXIMALLúmen URINA CÉLULA TUBULAR PROXIMAL Liquido intersticial APICAL BASAL H + Na+ FILTRADO TUBULAR H + ATP Na+ K + S A N G U ENH4+ GLUTAMINA NH3 desaminação Íon Amônio Amônia Ácido- conjugado NH3 H +H + H + Está Induzido em acidose crônica Neutraliza os íons H+ 35 meq/dia excreção normal de Amônia + 300 meq/dia em acidemia severa base H H + H + H + SEQUENCIA DE TAMPONAMENTO DO PH PROTEÍNAS DO CORPO TROCA RESPIRATÓRIA DE CO2 LEVA MINUTOS EXCREÇÃO RENAL DE HCO3 - LEVA DIAS IMEDIATO DISTÚRBIO Aceptores e Doadores de H + O pH anormal devido a concentração de bicarbonato alterada. CLASSIFICAÇÃO DOS DISTURBIOS ÁCIDO-BASE (alteração primária) Alteração da PaCO2 plasmática. (alteração secundária) ACIDOSE METABÓLICA ALCALOSE METABÓLICA pH mais ácido pela diminuição primária de Bicarbonato no sangue - Acidemia Pode ser compensada pela diminuição PaCO2 plasmática (secundária) - respiração rápida e profunda pH mais básico pelo aumento primário de bicarbonato no sangue - Alcalemia Pode ser compensada pelo aumento da PaCO2 plasmática (secundária) - respiração pausada O pH anormal devido MUDANÇAS NA PaCO2 sanguinea. CLASSIFICAÇÃO DOS DISTURBIOS ÁCIDO-BASE (alteração primária) Alteração plasmática das concentrações de Bicarbonato. (alteração secundária) ACIDOSE RESPIRATÓRIA ALCALOSE RESPIRATÓRIA pH mais ácido pelo aumento primário da PaCO2 no sangue - Acidemia Pode ser compensada pelo aumento da concentração de bicarbonato no sangue (secundária) pH mais básico pela diminuição primária de PaCO2 no sangue - Alcalemia Pode ser compensada pelo diminuição da concentração plasmática de Bicarbonato (secundária) - ALCALOSE METABÓLICA Causas comuns ingestão de antiácidos Perda de ácido gástrico (vômitos) Aumento da perda renal de H+ No hiperaldosteronismo ALCALOSE RESPIRATÓRIA Causas comuns Hiperventilação por esforço voluntário (ansiedade) Estimulação dos centros respiratórios, secundária a meningite ou a febre ACIDOSE RESPIRATÓRIA Causas comuns É acompanhada de hipóxia Distúrbios de ventilação/perfusão Depressão central por sobredose de barbitúritos ACIDOSE METABÓLICA Causas comuns Insuficiência renal Diabetes descompensado (cetoasidose) Diarréia BIBLIOGRAFIA INDICADA FISIOLOGIA HUMANA – Stuart Ira Fox FISIOLOGIA HUMANA – Guyton e Hall FISIOLOGIA HUMANA – Berne e Levy Conceitos de pH e tampões Sistemas que controlam o pH no organismo Acidose metabólica Alcalose metabólica Acidose respiratória Alcalose respiratória Diagrama de Davenport dá uma representação visual dos distúrbios ácido-básicos DISTURBIOS ACIDOS-BASES E SUAS CONSEQUENCIAS FISIOPATOLÓGICAS Efeito do pH na curva de dissociação da hemoglobina células aumento de CO2 hipercapenia O2 CO2 sangue Ajuda na hipóxia tissular Deixa o meio mais ácido Facilita a liberação de O2 O meio mais básico dificulta a liberação de O2 e facilita a ligação de O2 na Hemoglobina Isso facilita o carreamento de Oxigênio no capilares pulmonares No pulmão o pH sanguíneo é levemente alcalino Direita Diminui afinidade Esquerda Aumento afinidade ALCALOSE RESPIRATÓRIA AUMENTO DA SECREÇÃO DE PTH HIPERPARATIREOIDISMO SECUNDÁRIO DISTURBIOS ÓSSEOS (OSTEOPOROSE) Equação de Henderson-Hasselbach HA + H2O = A- + H3O+ Ka = [H3O+][A-] [HA] pKa = pH - log [espécie ionizada] [espécie não ionizada] Coeficiente de ionização pKa bases ácidos fortes fracos fracos fortes pH dos compartimentos biológicos Mucosa gástrica – pH 1 Mucosa intestinal – pH 5 Plasma – pH 7,4 A equação de Henderson-Hasselbach pode ser empregada na previsão do comportamento farmacocinético de fármacos Meio extracelular Meio intracelular Espécies ionizadas = + hidrossolúveis Espécie ñ-ionizada = + lipossolúvel HA H3O+ + A- Aspirina Xilocaína Acido Fraco pKa 3,5 Base Fraca pKa 8,0 C on ce nt ra çã o re la tiv a 106 100 30 Base protonada BH+ A ionização é maior em pH ácido Base livre A io niza ção é m aior em pH alc alino > 0,1 100 400 Ácido não dissociado AH Ânion Suco gástrico pH = 3 Plasma pH = 7,4 Urina pH = 8 ALCALINIZAÇÃO DA URINA ACELERA ELIMINAÇÃO DOS ÁCIDOS FRACOS RETARDA A ELIMINAÇÃO DAS BASES FRACAS ACIDIFICAÇÃO DA URINA RETARDA ELIMINAÇÃO DOS ÁCIDOS FRACOS ACELERA A ELIMINAÇÃO DAS BASES FRACAS BICARBONATO aumenta o pH da urina = facilita a eliminação dos salicilatos = Importante para tratamento de uma superdosagem de ASPIRINA. ADMINISTRAÇÃO INTRAVENOSA FARMACOS ÁCIDOS REAREAÇÇÃO INFLAMATÃO INFLAMATÓÓRIARIA N. Eng. J. Med.,1998, 338, 435-45. CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DA REASTICAS DA REAÇÇÃO ÃO INFLAMATINFLAMATÓÓRIARIA CALORCALOR RUBORRUBOR EDEMAEDEMA DORDOR PERDA DA PERDA DA FUNFUNÇÇÃOÃO ANTI-INFLAMATÓRIOS ÁCIDO ACETIL SALICÍLICO Ácido orgânico fraco, pKa 3,5 - PK absorvido no estômago e principalmente no intestino. Eliminado na forma de saliciliato. Alcalinização da urina aumenta a eliminação de salicilato. HASac + H2O = ASac- + H3O+ Inibe a BIOSSÍNTESE das prostaglandinas MEDIADORES QUÍMICOS QUE PROVOVEM INFLAMAÇÃO, AGREGAÇÃO PLAQUETÁRIA, DOR E FEBRE. MECANISMO DE AÇÃO DA ASPIRINA E SEUS EFEITOS FARMACOLÓGICOS Diurese alcalina SOBREDOSE : Estimula o centro respiratório– hiperventilação – dimunição da PCO2 - alcalose respiratória FARMACOS BÁSICOS Fármacos básicos Anestésicos locais pKa em torno de 8 a 9 Bloqueiam de modo reversível a condução de impulsos ao longo dos axônios dos nervos e outras membranas excitáveis que utilizam canais de sódio com principal meio de geração de potenciais de ação. Xilocaína Anestésicos locais São bases fracas e são apresentados geralmente na forma de sais, por razões de estabilidade e solubilidade. Apresentam pKa em torno de 8 a 9. No pH fisiológico há uma fração maior da forma catiônica presente nos líquidos corporais. A forma catiônica é que tem atividade no local receptor, embora a forma não ionizada é muito importante para a penetração rápida de membranas biológicas. Os receptores situam-se no lado interno da membrana. Tecidos infectados baixo pH extracelular pouco efeito. TRANSTORNO ACIDO-BÁSICO POR SUBERDOSAGEM DE SALICILATO Criança, com três anos de idade, é trazida ao departamento de emergência. Única história pertinente do menino foi encontrado brincado com um vidro de comprimidos de aspirina. A gasometria do sangue arterial revelou: Estudo dirigido pH : 7,47 PCO2 = 20 mmHg [HCO3] = 14 mEq/l Limites confiáveis de normalidade: PCO2 37 mmHg e 45 mmHg Bicarbonato 22meq/l e 26 meq/l Durante os 30 minutos seguintes, a criança ficou menos responsiva a estímulos e a frequencia respiratória diminui. 1- identifique o transtorno ácidó-básico inicial. 2 - que ação a aspirina causa a diminuição da PCO2? 3 – O que é responsável pela queda nas [HCO3]? 4 – Se a criança não for tratada, qual transtorno ácido-basico ocorrerá em seguida 5 – indique um possível tratamento Qual é o pH? ácido básico Excesso de CO2 ? Acidose respiratória sim Qual é o HCO3 ? Qual é o HCO3 ? compensada misto compensada mistocompensada compensada É causado pela diminuição de HCO3 ? não não não Erro: checar dados sim sim sim não É causado pelo aumento de HCO3 ? É causado pela diminuição CO2 ? Alcalose respiratória Alcalose metabólica Acidose metabólica Qual é o CO2 ? Qual é o CO2 ? alto baixo baixo baixo baixoalto alto alto Algorítmo que permite determinar a causa do distúrbio ácido-básico 1- existe alcalose branda. Algoritmo indica alcalose respiratória. Bicarbonato normal é de 22 mEq/l (normal é de 24mEq/l), reduzido em 2 mEq/l devido a queda de PaCO2 O Bicarbonato real é mais baixo, provavelmente a alcalose respiratória foi parcialmente compensada pelo pela excreção renal de Bicarbonato RESPOSTAS 2- Os salicilatos estimulam diretamente o centro respiratório, aumentando a ventilação. Isso provoca queda na PaCO2 e a alcalose respiratória é um achado inicial na superdosagem de salicilatos 3 – A baixa de Bicarbonato resulta na compensação metabólica da alcalose respiratória. Diminuição da reabsorção e aumento da excreção de Bicarbonato bicarbonato. 4 – acidose metabólica progressiva. Diminuição da freqüência respiratória pode levar ao acumulo de CO2, que na presença de Bicarbonato reduzido, produzirá acidose metabólica combinada a acidose respiratória 5 - alcalinização da urina com administração intravenosa de bicarbonato para pacientes com acidemia relevante. A alcalinização mantém os salicilatos ionizados no sangue e evita sua penetração nos tecidos. Esse processo também auxilia na eliminação dos salicilatos na urina. pH urinário acima de 8.
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