pH e Tampões

Prévia do material em texto

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 
fígadoMitocôndrias 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.