Equilíbrio ácido-base e sistemas tampão

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Fisiologia I – capítulo 30 (guilherme ferreira morgado) 
	Para haver homeostase é preciso existir um balanço entre a injesta e produção de H+ e a remoção, sendo que o rim tem um papel fundamental na remoção desse íon. Mas o controle preciso da concentração de H+ envolve também mecanismos de tamponamento ácido-base, os quais o sangue, pulmão e células participam. 
	A regulação precisa de H+ é fundamental, pois as atividades de quase todos os sistemas de enzimas no corpo são influenciadas pela concentração desse íon. 
	O pH normal do sangue arterial é de 7,4, enquanto o pH do sangue venoso e dos líquidos intersticiais é de 7,35, devido às quantidades extras de CO2. O limite mínimo do pH em que uma pessoas pode viver por poucas horas é 6,8, já o máximo é 8. O pH intracelular é um pouco mais baixo, porque o metabolismo das células produz ácidos, ele se situa entre 6 e 7,4. A hipóxia dos tecidos ou um fluxo sanguíneo ineficiente pode causar acidose intracelular. O pH da urina vai de 4,5 a 8. 
	Existem três sistemas primários que regulam a concentração de H+ nos líquidos corporais: sistema tampão, centro respiratório e os rins.
	Quando ocorre uma alteração na concentração de H+, os sistemas tampão respondem rapidamente para minimizar essas alterações, sendo que esse sistema não excreta ou acrescenta íon, ele o mantém controlado. O sistema respiratório age através da eliminação de CO2, então, as duas primeiras linhas de defesa evitam que a concentração de H+ se altere muito até a resposta dos rins, que vai eliminar o excesso ou reter. Os rins demoram um pouco a responder, mas são os mais potentes. 
	Um tampão é qualquer substância capaz de se ligar reversivelmente ao H+, sendo que quando aumenta a concentração de H+, ocorre a formação do ácido fraco, já quando diminui forma-se H+. 
	O tampão extracelular mais importante é o bicarbonato, ele é formado pelo ácido fraco, ácido carbônico, mais um sal bicarbonato, como o NaHCO3. Sendo que, o ácido carbônico é formado pela reação do CO2 com a água que é catalisada pela enzima anidrase carbônica. 
	Devido à fraca dissociação de H2CO3, a concentração de H+ é pequena. Quando se acrescenta um ácido forte, o H+ é tamponado pelo bicarbonato, o que aumenta a produção de CO2 e água. Esse CO2 em excesso estimula a respiração, eliminando-o. Já se for adicionada uma base forte, a hidroxila combina-se com o ácido carbônico formando bicarbonato. Logo, a concentração de ácido carbônico cai, então, mais CO2 se liga à água para produzí-lo. Isso leva a uma queda do CO2, que vai reduzir a taxa de expiração para repor o CO2. 
	Um aumento da concentração de bicarbonato faz com que o pH aumente, já um aumento na pCO2 faz com que o pH diminua. A concentração do bicarbonato é definida pelos rins, já a pCO2 pela taxa respiratória. Quando distúrbios do equilíbrio ácido-base resultam de uma alteração primária na concentração de bicarbonato, esses distúrbios são chamados de ácido-basicos metabólicos. Logo, uma acidose causada pela diminuição do bicarbonato é chamada de acidose metabólica, já a alcalose causada pela diminuição é chamada de alcalose metabólica. Já a acidose causada por um aumento da pCO2 é denominada acidose respiratória, já a alcalose por uma diminuição na pCO2 é denominada alcalose respiratória. 
	O tampão bicarbonato apresenta dois problemas, o pH do líquido extracelular é de 7,4, enquanto que o pK desse sistema de tampão é de 6,1, por isso o poder de tamponamento é deficiente. Em segundo lugar, a concentração de CO2 e de bicarbonato não são altas. Mas ele é eficiente pela taxa relativa de remoção e adição de bicarbonato pelos rins e pela taxa de remoção de CO2 pelos pulmões. 
	O sistema tampão fosfato tem um papel importante no tamponamento do líquido tubular renal e dos líquidos intracelulares. Os seus principais elementos são H2PO4- e HPO42-. Ao se acrescentar um ácido forte o hidrogênio é captado pelo HPO42-, que é convertido em H2PO4-. Então, um ácido forte é substituído por uma quantidade adicional de ácido fraco. Já se uma base for adicionada, a hidroxila é tamponada pelo H2PO4- formando HPO42- mais água, logo, uma base forte é trocada por uma base fraca. 
	Esse sistema tampão tem o pK de 6,8, valor próximo de 7,4, pH dos líquidos corporais, por isso esse sistema atua próximo de seu poder total. Mas a concentração dele no meio extracelular é pequena, por isso é menos eficiente que o tampão bicarbonato. 
	O tampão fosfato é importante nos líquidos tubulares, porque o fosfato se torna muito concentrado nos túbulos, aumentando o poder de tamponamento, e o líquido tubular tem um pH menor do que o líquido extracelular, ou seja, mais próximo do pK. O sistema de tampão também é importante no líquido intracelular, porque a concentração do fosfato é alta e o pH desse meio é menor. 
	As proteínas estão entre os tampões mais abundantes no corpo devido a elevada concentração. O pH intracelular é mais baixo, mas altera-se na mesma proporção que o pH extracelular, já que há uma pequena difusão de H+ e bicarbonato, mas principalmente de CO2 que difunde-se rapidamente pelas membranas. Essa difusão dos elementos do tampão bicarbonato causa mudanças no pH intracelular quando há mudanças no extracelular. Logo, os sistemas de tampão intracelulares ajudam a prevenir mudanças no pH extracelular. 
	Nas hemácias, a hemoglobina é um tampão importante, sendo que nela o H+ e o bicarbonato não enfrentam dificuldade para passar pela membrana. Essa dificuldade encontrada em outras células retarda a capacidade total das proteínas tamponarem distúrbios ácido-basicos extracelulares. Além das elevadas concentrações das proteínas, os que as tornam mais eficiente são os pKs próximo de 7,4. 
	Todos os sistemas tampão funcionam junto, porque o H+ é comum às reações de todos os sistemas. Logo, uma alteração desse íon provoca uma mudança no equilíbrio de todos os tampões, isso é chamado de principio isoidrico. 
	O CO2 é formado continuadamente no corpo por processos metabólicos intracelulares, depois segue para o sangue em direção aos pulmões. Mudanças na ventilação pulmonar ou na taxa de formação de CO2 pelos tecidos podem alterar a pCO2 do líquido extracelular. 
	Quanto maior a ventilação pulmonar menor a pCO2, já quanto menor a ventilação maior a pCO2, essas variações alteram o pH. Quanto mais CO2 mais ácido. Sendo que a taxa de ventilação pode variar bastante (0 a 15), logo, o pH pode ser alterado facilmente pelo sistema respiratório. 
	A concentração de H+ também afeta a taxa de ventilação pulmonar de uma forma indiretamente proporcional. A compensação respiratória a um aumento do pH não é tão efetiva quanto a resposta a uma redução, isso ocorre porque quando a taxa de ventilação alveolar diminui devido a um aumento do pH, a pO2 cai, o que estimula a ventilação pulmonar. 
	Como uma maior concentração de H+ estimula a respiração e o aumento da ventilação diminui o H+, então, o sistema respiratório age por feedback negativo. Mas esse controle respiratório não a concentração de H+ perfeitamente ao normal quando o pH é alterado. 
	Essa regulação respiratória é um tipo de tampão fisiológico, porque é ativado rapidamente e evita que a concentração de H+ se altere muito até que o rim comece a agir. 
	Anormalidades na respiração podem alterar o pH, como um enfisema grave, que diminui a capacidade de eliminar o CO2, provocando uma acidose respiratória. Nessas situações, depois do tamponamento químico o rim passa a ser o único mecanismo fisiológico para manter o pH normalizado. 
	Os rins controlam o equilíbrio ácido-basico ao excretar urina ácida ou básica. Basicamente, isso ocorre da seguinte forma: o bicarbonato é filtrado continuadamente pelos túbulos. Assim, como grandes quantidades de H+ são secretadas nos túbulos, se essa taxa de secreção for maior que a de filtração a urina será ácida, já se for ao contrário a urina será básica. 
	Resultados do metabolismo das proteínas são os ácidos não-voláteis, ou seja, aqueles quenão podem ser eliminados pelos pulmões. Logo, eles têm que ser excretados pelos rins. A eliminação desses ácidos requer uma secreção de H+, como também para reabsorver o bicarbonato, o que é muito importante para manter o sistema tampão extracelular. 
	Quando há uma redução da concentração de H+ do líquido extracelular, alcalose, o rim não consegue reabsorver todo bicarbonato. Com isso menos íons H+ são tamponados e os níveis de H+ voltam ao normal.
	Já na acidose, os rins reabsorvem todo o bicarbonato e produzem novo bicarbonato, que é jogado no líquido extracelular. Isso reduz a concentração de H+ no líquido extracelular. Então, os rins controlam a concentração de H+ através de sua secreção, reabsorção e produção de bicarbonato. 
	A secreção de íons hidrogênio e a reabsorção de íons bicarbonato ocorrem praticamente em todas as partes dos túbulos, exceto nas porções finais ascendentes e descendentes da alça de Henle. Mas, cerca de 80 a 90 % da reabsorção de bicarbonato ocorre no túbulo proximal; outra área que a reabsorção é grande é no ramo espesso ascendente da alça de Henle. 
	As células secretam H+ pelo contratransporte com o sódio através da proteína trocadora sódio-hidrogênio, sendo que a energia vem do movimento do sódio, que é a favor do gradiente. 
	O processo de reabsorção de bicarbonato começa quando o CO2 se difunde para o interior da célula. Ele vai se ligar à água e, auxiliado pela anidrase carbônica, vai formar ácido carbônico, que se dissocia. Então, o bicarbonato se move a favor do gradiente pela membrana basolateral para o líquido intersticial. O H+ é secretado pelo contratransporte para o lúmen do túbulo, ali ele se liga ao bicarbonato para formar ácido carbônico, que vai originar gás carbônico e água. Esse CO2 vai se difundir para a célula dando continuidade ao ciclo. O resultado é a reabsorção de um bicarbonato para cada H+ secretado, mas esse mecanismo não estabelece uma concentração elevada de H+ no lúmen, isso ocorre nos túbulos e ductos coletores. 
	O transporte do bicarbonato pela membrana basolateral é facilitado pelo co-transporte de sódio-bicarbonato e troca cloreto-bicarbonato. 
	As quantidades de H+ e bicarbonato que entram nos túbulos são quase iguais, logo, diz-se que esses íons se titulam. Mas a titulação não é exata, já que há um excesso de H+ necessário para remover os ácidos não-voláteis. 
	Nos túbulos distais e no restante seguinte do sistema tubular, as células secretam H+ por transporte ativo primário, através de uma ATPase transportadora de hidrogênio. Essa secreção ocorre nas células intercaladas e é feita em duas etapas: o CO2 dissolvido dentro da célula combina-se com a água e no final forma bicarbonato e H+, o bicarbonato é reabsorvido para o sangue, já o H+ é secretado para o lúmen. Sendo que ao sair um bicarbonato entra um cloreto, que depois é secretado junto com o H+. Esse mecanismo todo é importante para formar a urina ácida. 
	A excreção de grandes quantidades de H+ na urina é feita, basicamente, combinando-se o H+ com os tampões no líquido tubular; os mais importantes são o de fosfato e o de amônia. 
	O tampão fosfato pode ser usado quando há excesso de H+, esse é gerado dentro da célula pela reação CO2 mais água e transportado para fora com um contratransporte de sódio. No lúmen, esse H+ combina-se com o HPO42- para formar H2PO4-, então, esse H+ pode ser excretado na forma de sal de sódio (NaH2PO4). Mas existe uma diferença; o íon bicarbonato produzido dentro da célula representa uma ganho líquido de bicarbonato, logo, sempre que um H+ secretado no lúmen se combinar com um tampão diferente de bicarbonato, o efeito é a produção de um novo bicarbonato. Porém, grande parte do fosfato é reabsorvido, restando pouco para tamponar o H+, por isso o tamponamento do excesso de H+ se dá pelo tampão amônia. 
	Esse tampão amônia é formado pela amônia e o seu íon, amônio, que é sintetizado a partir da glutamina, aminoácido se origina do metabolismo dos aminoácidos do fígado. Dentro da célula a glutamina sofre uma série de reações que vai originar dois amônios e dois bicarbonatos. O amônio é secretado no lúmen por contratransporte com o sódio, já o bicarbonato é transportado juntamente com o sódio através da membrana basolateral. Então, para cada molécula de glutamina são gerados duas novas moléculas de bicarbonato. 
	Nos túbulos coletores, a adição de amônio no túbulo é diferente. O H+ é secretado para o lúmen, onde se combina com a amônia formando amônio. Esse íon é então excretado, já que a membrana dessa porção é pouco permeável ao amônio. Ao contrário da amônia, que se difunde facilmente. O H+ secretado se origina dentro da célula pela reação da anidrase carbônica, que vai originar também um bicarbonato. Então, para cada amônio excretado, gera-se um bicarbonato. 
	Um dos aspectos mais importantes do tampão amônia é estar sujeito ao controle fisiológico. Em resposta a um aumento do H+, o metabolismo da glutamina é estimulado, o que aumenta a formação de bicarbonato. Além disso, na acidose crônica o mecanismo dominante pelo qual o ácido é eliminado é a excreção de amônio. 
	A quantidade de novo bicarbonato acrescentada ao sangue é igual à quantidade de H+ secretada restante no túbulo com tampões urinários não-bicarbonato. Então, leva-se em conta a quantidade de amônio excretada e o restante é calculado determinando o valor do ácido titulável. Então, a excreção líquida de ácido = excreção de amônio + ácido urinário titulável – excreção de bicarbonato. (A razão de subtrairmos o bicarbonato é que a perda do mesmo é igual à adição de H+). Para se manter o equilíbrio, a excreção líquida de ácido deve ser igual à produção de ácido não-volátil. 
	Na acidose, há uma adição líquida de bicarbonato, enquanto que mais amônio e ácido titulável são excretados. Já na alcalose, a excreção de ácido titulável e amônio cai, assim como a excreção de bicarbonato aumenta. 
	Os estímulos mais importantes para aumentar a secreção de H+ pelos túbulos na acidose são um aumento na pCO2, assim como um aumento do H+ no meio extracelular. Isso provoca um aumento da secreção de H+. Um fator que pode aumentar a secreção de H+ sob condições fisiopatológicas é a secreção excessiva de aldosterona, que estimula a secreção de H+ pelas células intercaladas. 
	Assim como uma queda da pCO2 e redução do H+ no líquido extracelular provocam uma redução na secreção de H+, alguns fatores que influenciam nessa secreção não estão diretamente ligados com o equilíbrio ácido-base. Por exemplo, o H+ é secretado juntamente com o Na+ no túbulo proximal e no ramo espesso, então, fatores que estimulam a reabsorção de Na+, como queda no volume extracelular, podem aumentar a secreção de H+. 
	Essa depleção do volume atua de diversas formas, aumentando os níveis de angiotensina II, que estimula a atividade do trocador sódio e H+, aumento da aldosterona que estimula a secreção de H+ pelas células intercaladas. Logo, essa queda do volume pode causar alcalose, já que a excessiva excreção causa uma reabsorção de bicarbonato. 
	Mudanças na concentração de potássio também podem influenciar na secreção de H+, uma queda da concentração de potássio eleva a concentração de H+ nas células tubulares. 
	Na acidose metabólica, ocorre um excesso de H+ em relação a bicarbonato no líquido tubular devido a menor filtração do bicarbonato, que é causada por uma queda desse bicarbonato no líquido extracelular. Já na acidose respiratória, o excesso de H+ no líquido tubular deve-se ao aumento da pCO2, que estimula a secreção de H+. 
	A resposta compensatória da acidose respiratória é um aumento do bicarbonato compensando o aumento da pCO2. Já a compensação da acidose metabólica inclui aumento da taxa de ventilação, que reduz a pCO2, e a compensação renal, que minimiza a queda inicial do bicarbonato. 
	A alcalose respiratória e a metabólica provocam um excesso de bicarbonato. A respiratória é provocada por uma queda da pCO2, devido a uma hiperventilação, essa reduçãogera uma queda na taxa de secreção de H+, então, menos bicarbonato é reabsorvido. Já a alcalose metabólica é causada por um aumento na concentração de bicarbonato, sua compensação ocorre por uma diminuição da ventilação, o que aumenta a pCO2, e maior excreção renal de bicarbonato. 
	A acidose respiratória pode ser causada por condições patológicas que comprometem os centros respiratórios ou que diminuem a capacidade dos pulmões de eliminarem o CO2, como enfisema, pneumonia e obstrução das vias aéreas. 
	A alcalose respiratória raramente ocorre por uma condição fisiopatológica, mas pode acontecer quando o indivíduo está em altitudes elevadas, em que a falta de O2 estimula a respiração. 
	A acidose metabólica pode ser causada por deficiência na excreção renal dos ácidos, formação de quantidades excessivas de ácidos, adição de ácidos metabólicos por ingestão e perda de base dos líquidos corporais. A diarréia é a causa mais frequente de acidose, já que com ela perdem-se grandes quantidades de bicarbonato, outra causa frequente é a diabetes, devido aos altos níveis de ácido acetoacético. 
	A alcalose metabólica ocorre por um excesso de retenção de bicarbonato ou perda de H+. Uma causa é a administração de diuréticos, que eleva a reabsorção de Na+ e consequentemente eleva a secreção de H+.