equilíbrio ácido-base

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EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE OU HOMEOSTASE DO pH – PALESTRA 23/10/19
O equilíbrio acidobásico, também chamado de homeostasia do pH, é uma das funções essenciais do corpo. O pH de uma solução é medido como sua concentração de H+. A concentração plasmática arterial normal de H+ é de 0,00004 mEq/L, um valor muito pequeno.
O pH é expresso em uma escala de 0 a 14, na qual um pH 7 é neutro. Se o pH de uma solução é menor que 7, a solução é ácida. Se o pH é maior que 7, a solução é alcalina (básica).
O pH normal do corpo é de 7,4, ligeiramente alcalino. Uma mudança de 1 unidade de pH representa uma mudança de 10x na concentração de H+.
Mudanças no pH podem desnaturar proteínas
A faixa de pH normal do plasma é de 7,38 a 7,42. O pH extracelular normalmente é igual ao pH intracelular. Devido ao fato de ser difícil monitorar as condições intracelulares, os valores plasmáticos são utilizados clinicamente como indicadores do pH do LEC e do pH total do corpo, como os localizados no lúmen do trato gastrointestinal ou nos túbulos renais, podem ter um pH que excede bastante a faixa normal. A secreção de ácido no estômago, p. ex., pode reduzir o pH gástrico para 1. O pH da urina varia entre 4,5 a 8,5 dependendo da necessidade do corpo de excretar H+ ou HCO3- (bicarbonato).
A concentração de H+ no corpo é bem regulada. Proteínas intracelulares, como enzimas e canais de membrana, são particularmente sensíveis ao pH, uma vez que a função dessas proteínas depende de sua forma tridimensional. Mudanças na concentração de H+ alteram a estrutura terciária de proteínas.
Um pH anormal pode prejudicar a atividade do sistema nervoso. Se o pH é muito baixo – acidose – os neurônios tornam-se menos excitáveis, resultando em depressão do SNC. Os pacientes tornam-se confusos e desorientados, podendo chegar ao coma e morte.
Se o pH é muito alto – alcalose – os neurônios tornam-se hiperexcitáveis, disparando potencial de ação mesmo frente a pequenos sinais. Esta condição se manifesta primeiro por alterações sensoriais e depois musculares. Se a alcalose é grave, as contrações musculares tonam-se sustentadas (tetania) e paralisam os músculos respiratórios.
Distúrbios do equilíbrio acidobásico estão associados no equilíbrio do K+. isso ocorre parcialmente devido ao transporte renal que desloca os íons K+ e H+ em um antiporte. Na acidose, os rins excretam H+ e reabsorvem K+. Na alcalose, os rins reabsorvem H+ e excretam K+. O desequilíbrio do K+ geralmente se manifesta como distúrbios em tecidos excitáveis, sobretudo coração.
Fontes de ácidos e bases
Ganho de ácidos: Muitos produtos do metabolismo e alimentos são ácidos orgânicos que contribuem para a liberação de H+ no corpo. Ex de ácidos orgânicos incluem aminoácidos, ácidos graxos, intermediários do ciclo do ácido cítrico e o lactato produzido pelo metabolismo anaeróbio. A produção metabólica de ácidos orgânicos gera muito H+, que precisa ser excretada para a manutenção do equilíbrio de massas.
Circunstâncias extraordinárias podem aumentar a produção de ácidos orgânicos metabólicos e gerar uma crise. P. ex.: no diabetes melito, o metabolismo anormal de gorduras e aminoácidos produz ácidos fortes, chamados de cetoácidos. Esses ácidos geram um estado de acidose metabólica, chamado de cetose.
A maior fonte diária de ácidos graxos é a produção de CO2, durante a respiração anaeróbia. O dióxido de carbono não é um ácido, pois não tem nenhum átomo de H. Contudo, o CO2, oriundo da respiração, combina-se com a água para formar ácido carbônico (H2CO3), que se dissocia em H+ e no íon bicarbonato, HCO3-. 
Esta reação ocorre em todas as células e no plasma, mas a uma taxa lenta. Todavia, em algumas células, a reação é mais rápida devido à presença de uma grande quantidade de anidrase carbônica. Essa enzima converte a reação de CO2 e H2O a H+ e HCO3-.
Ganho de bases: a fisiologia ácido-base concentra-se no ácido. Primeiro porque a dieta e o metabolismo humano têm poucas fontes de bases (algumas frutas e vegetais são metabolizados como HCO3-, mas a influência desses alimentos é superada pela contribuição de frutas ácidas, aminoácidos e ácidos graxos). Segundo porque os desequilíbrios acidobásicos decorrentes do excesso de ácido são mais comuns que os decorrentes do excesso de base. Por isso, o corpo utiliza mais recursos para a remoção do excesso de ácidos.
 
A homeostasia do pH depende de tampões, pulmões e rins
Existem três mecanismos para enfrentar as mudanças de pH, que são tão eficazes que o pH normal do corpo varia apenas ligeiramente.
Tampões: primeira linha de defesa, sempre presentes e esperando para impedir grandes oscilações do pH.
Ventilação: segunda linha de defesa, é uma resposta rápida regulada reflexamente que pode controlar cerca de 75% dos distúrbios do pH.
Regulação da função renal de H+ e HCO3-: linha final de defesa. Os rins são mais lentos, mas são muito mais eficientes ao enfrentar qualquer distúrbio de pH restante. 
Sistemas tampões incluem proteínas, íons fosfato e HCO3-
Um tampão é uma molécula que atenua, mas não previne, alterações do pH através de sua combinação com H+ ou da liberação desse íon. Na presença de um tampão, a mudança de pH é moderada ou até imperceptível. Devido à produção de ácidos ser o maior desafio para a manutenção da homeostasia do pH, a maioria dos tampões fisiológicos se combina com o H+.
Tampões são encontrados dentro da célula e no plasma. Tampões intracelulares incluem proteínas celulares, íons fosfato (HPO42-) e hemoglobina. A hemoglobina nos eritrócitos tampona o H+ produzido pela reação do CO2 com a H2O.
Cada íon H+ tamponado pela hemoglobina deixa um HCO3- no interior do eritrócito. Esse HCO3- pode, então, deixar o eritrócito em troca de um íon Cl- plasmático, o desvio de cloreto.
As grandes quantidades plasmáticas de HCO3- produzido a partir do metabolismo de CO2 representam o sistema tampão mais importante do LEC: sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato. A concentração plasmática de HCO3- é de, em média, 24mEq/L, cerca de 600 mil vezes maior que a concentração plasmática de H+. Embora o H+ e o HCO3- sejam produzidos em uma relação 1:1 a partir de CO2 e H2O, o tamponamento intracelular do H+ pela hemoglobina é a principal razão pela diferença de concentração entre esses íons. O HCO3- plasmático estará, então, disponível para o tamponamento do H+ quando necessário.
A relação entre CO2, HCO3- e H+ é expressa pela seguinte equação:
Lei das massas: qualquer mudança na quantidade de CO2, H+ ou HCO3- na solução desequilibra a reação (a água está sempre em excesso e não desequilibra a reação). Ex: se o nível de CO2 aumenta, a equação se desloca para a direita, e é criada uma molécula adicional de H+ e outra de HCO3- a partir de cada CO2 e água:
Uma vez que um novo equilíbrio é alcançado, tanto os níveis de H+ como os de HCO3- aumentam. A adição de H+ torna a solução mais ácida e reduz seu pH.
Salienta-se que não importa que uma molécula de HCO3- tenha sido produzida. O HCO3- atua como um tampão apenas quando ele se liga ao H+ e forma ácido carbônico. Quando a reação está em equilíbrio, o HCO3- não se combina com o H+.
Já quando o H+ está em excesso:
A adição de H+ desloca a equação para o lado esquerdo. O HCO3- plasmático pode atuar como um tampão e se ligar a alguns dos íons H+ adicionados. A reação converte parte do H+ adicionado e do tampão bicarbonato a CO2 e H2O.
Quando a equação retorna ao equilíbrio, a concentração de H+ ainda está elevada, porém não tanto quanto estava inicialmente. A concentração de HCO3- está reduzida porque parte do bicarbonato foi utilizado foi utilizado como tampão. CO2 e H2O aumentaram. Em equilíbrio, a reação fica:
Na clínica, ao invés de utilizar a concentração do CO2 dissolvido, utiliza-se a PCO2. Sabendo PCO2 e a concentração plasmática de bicarbonato, é possível estimar o pH plasmático, através da reação:
Quando a reação se desloca à esquerda e aumenta os níveis de CO2 no plasma, ocorre uma hiperventilação em uma pessoa normal). Se maisCO2 é eliminado através da expiração, a PCO2 arterial pode permanecer normal ou até cair abaixo do normal como consequência da hiperventilação.
Ventilação pode compensar as alterações de pH
O aumento na ventilação é uma compensação respiratória para a acidose. A ventilação e o equilíbrio acidobásico estão intimamente relacionados:
Mudanças na ventilação podem corrigir alterações no equilíbrio acidobásico, mas também podem causa-las. Devido ao equilíbrio dinâmico entre CO2 e H+, qualquer mudança na PCO2 plasmática afeta tanto o conteúdo de H+ quanto o de HCO3- no sangue.
Hipoventilação: se uma pessoa hipoventila e a PCO2 aumenta, mais ácido carbônico é formado e a concentração de H+ sobe, gerando um estado de acidose.
Hiperventilação: se a pessoa hiperventila, eliminando CO2 e consequentemente reduzindo a PCO2 plasmática, o H+ se combina com o HCO3- formando CO2 + H2O, reduzindo a concentração de H+. A redução de H+ aumenta o pH.
Reflexos ventilatórios (via reflexa): a ventilação só é um mecanismo homeostático de ajusta do pH se um estímulo associado ao pH desencadeia a resposta reflexa. Dois estímulos podem fazer isso: H+ e CO2.
A ventilação é afetada diretamente pelos níveis plasmáticos de H+, principalmente devido à ativação dos quimiorreceptores do corpo carotídeo. Esses quimiorreceptores estão localizados nas artérias carótidas, juntamente com receptores sensíveis ao oxigênio e à pressão arterial. Um aumento na concentração plasmática de H+ estimula os quimiorreceptores, o que, por sua vez, sinaliza para os centros bulbares de controle respiratório aumentarem a ventilação. O aumento da ventilação alveolar permite aos pulmões excretarem mais CO2 converterem H+ em CO2 + H2O. Mecanismo de feedback negativo.
Os rins usam tampões amônia e fosfato
Os rins realizam 25% da compensação que os pulmões não dão conta. Eles alteram o pH de duas maneiras:
Direta: através da excreção ou reabsorção de H+
Indireta: através da alteração da taxa, na qual no tampão HCO3- é reabsorvido ou excretado.
Na acidose, os rins secretam H+ no lúmen tubular utilizando mecanismos de transporte ativo diretos e indiretos. A amônia derivada de aminoácidos e os íons fosfato (HPO42-) atuam como tampões renais, convertendo grandes quantidades de H+ em NH4+ e HPO42-. Esses tampões permitem uma maior excreção de H+. Íons fosfato estão presentes no filtrado e se combinam com o H+ secretado no lúmen do néfron.
Mesmo com esses tampões, a urina pode tornar-se muito ácida, até um pH aproximado de 4,5. Enquanto o H+ está sendo excretado, os rins sintetizam novo HCP3- a partir de CO2 e H2O. O HCO3- é reabsorvido para o sangue para atuar como um tampão e aumentar o pH. 
Na alcalose, os rins excretam HCO3- e reabsorvem H+, para tentar equilibrar o pH.
Túbulo proximal secreta H+ e reabsorve HCO3-
O túbulo proximal reabsorve a maior parte do HCO3- filtrado. A figura 1 mostra as duas vias pelas quais o HCO3- é reabsorvido no túbulo proximal. A 1ª via (1 a 6) converte o HCO3- filtrado em CO2 e depois de volta a HCO3-, que é reabsorvido. A segunda via (7) está relacionada com o metabolismo do aminoácido glutamina.
O néfron distal controla a excreção de ácido
Células especializadas, chamadas de células intercaladas (células I), presentes entre as células principais são as maiores contém alta concentração da enzima anidrase carbônica no seu citoplasma. Essa enzima permite que essas células convertam rapidamente CO2 e água em H+ e HCO3-. Os íons H+ são bombeados para fora das células intercaladas. O bicarbonato deixa a célula através do trocador HCO3- - Cl-. 
Existem dois tipos de células intercaladas. Durante períodos de acidose, as células intercaladas tipo A secretam H+ e reabsorvem bicarbonato. Durante períodos de alcalose, as células intercaladas tipo B secretam bicarbonato e reabsorvem H+. 
Os desequilíbrios acidobásicos podem ser respiratórios ou metabólicos
Os três mecanismos compensatórios (tampões, ventilação e excreção renal) dão conta da maior parte das variações de pH no plasma. Contudo, nas condições em que o corpo falha em manter o pH entre 7 e 7,7, a acidose ou alcalose podem ser fatais.
Os desequilíbrios acidobásicos são classificados pela direção da mudança do pH (acidose ou alcalose) e por suas causas (metabólica ou respiratória).
Mudanças na PCO2 decorrentes da hiper ou hipoventilação causam desvios no pH – respiratório.
Desequilíbrio do pH é decorrente de ácidos ou de bases não relacionados com o CO2 – metabólico.
Quando um distúrbio acidobásico muda o pH do plasma, os tampões do corpo são ineficazes. A perda da capacidade de tamponamento deixa o corpo com apenas duas opções: compensação respiratória ou renal. E se o problema é de origem respiratória, apenas a compensação renal está disponível. Se o problema é de origem metabólica, ambos os mecanismos, respiratório e renal, podem compensar. 
Acidose respiratória: ocorre quando a hipoventilação alveolar resulta em um acúmulo de CO2 elevação da PCO2 plasmática. Causas: drogas, álcool, asma, pneumonia, etc, mas principalmente DPOC, que inclui o enfisema.
A acidose é caracterizada pela presença de um pH reduzido e níveis elevados de bicarbonato. Como o problema é respiratório, a compensação deve ocorrer através de mecanismos renais que excretam H+ e reabsorvem HCO3-. A excreção de H+ aumenta o pH plasmático. A reabsorção de HCO3- fornece tampões adicionais que reagem com o H+, reduzindo sua concentração e aumentando o pH.
Acidose metabólica: distúrbio que ocorre quando o ganho de H+ pela dieta e pelo metabolismo superam sua excreção. As causas incluem a acidose láctica e a cetoacidose. A via metabólica que produz cetoácidos está associada com o diabetes melito tipo 1 e dietas pobres em carboidratos. 
A concentração de H+ aumenta devido à contribuição dos ácidos metabólicos. Para compensar, os níveis de CO2 aumentam através do consumo do tampão HCO3-. A acidose metabólica também pode ocorrer se o corpo perder HCO3-. A causa mais comum de perda de bicarbonato é a diarreia.
Níveis elevados ou reduzidos de HCO3- permite distinguir acidose metabólica de acidose respiratória.
Um sinal comum de acidose metabólica é a hiperventilação, evidência da compensação respiratória ocorrendo em resposta à acidose. 
Alcalose respiratória: alcalose é menos comum que acidose. Alcalose respiratória ocorre quando a ventilação alveolar aumenta sem um aumento concomitante da produção metabólica de CO2. Consequentemente, a PCO2 plasmática cai, ocorrendo alcalose. 
A redução de PCO2 reduz os níveis plasmáticos de H+ e HCO3-. Níveis plasmáticos de HCO3- reduzidos durante a alcalose indicam distúrbio respiratório. 
Causas principais: ventilação artificial excessiva e hiperventilação histérica (ansiedade). Por isso, faz-se o paciente respirar dentro de um saco de papel, para o paciente voltar a respirar o CO2 exalado, um processo que aumenta a PCO2 arterial e corrige o problema.
Como essa alcalose é respiratória, a única compensação é renal. O bicarbonato filtrado não é reabsorvido no túbulo proximal e é secretado no néfron distal. A combinação da excreção de HCO3- e reabsorção de H+ no néfron distal reduz a carga corporal de HCO3- e aumenta a carga de H+, corrigindo o problema.
Acidose metabólica: tem duas causas comuns: excesso de vômito do conteúdo ácido estomacal e ingestão excessiva de bicarbonato contido em antiácidos. Em ambos os casos, a alcalose reduz a concentração de H+.
A redução nos níveis de H+ reduz os níveis de PCO2 e aumenta os níveis de HCO3-. Da mesma forma que ocorre na acidose metabólica, a compensação respiratória para a alcalose metabólica é rápida. Durante a hipoventilação, o corpo conserva CO2, aumentando a PCO2 e produzindo mais H+ e HCO3-. Essa compensação respiratória ajuda a corrigir o problema, porém eleva ainda mais os níveis de HCO-. Todavia, a compensação respiratória é limitada, uma vez que a hipoventilação também pode causar hipóxia. 
A resposta renal para a alcalose metabólica é a mesmapara a alcalose respiratória: excreção de HCO3- e reabsorção de H+.
SILVERTHORN, Dee Unglaub. Fisiologia Humana: uma abordagem integrada. 7. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.