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Horace W. Davenport 7828 ABC da Quimica Acido-Basica do Sangue Elementos de Quimica Fisiol6gica dos Gases Sanguineosj para Estudantes de Medicina e Medicos. ! Traduzido da S.a edi~ao, revlsta da obra THE ABC OF ACID-BASE CHEMISTRY TRADU~AO DE JOSE REINALDO MAGALHAES Professor-Adjunto do Departamento de Biofisica e Fisiologia, Eseola Paulista de Medicina, e Professor Titular· de Bioquimica da Faculdade de Medieina da Funda!;lio Universitiiria do ABC. II ATHENEU EDITORA SAO PAULO R. Marconi. 131 - 29 anda)___ _. Siio Paulo I BIB LAC _ E M TOmbo-41~' J! 6 ..--~ --->-- -' ---~ Traduzido da obra original THE ABC OF ACID-BASE CHEMISTRY Licenciado por The University of Chicago, Chigago. Illinois. U.S.A. © 1947, 1949, 1950, 1958, }969 por THE UNIVERSITY OF CHICAGo. Todos os direitos reservados. © 1973 por ATHENEU EDITORA SAO PAULO para a lingUa portuguesa indice Prefacio 1. 0 Que Acontece no Sangue 3 1.1 Pressao Parcial de urn Gas 3 L 2 Composi<;ao do Ar Alveolar 5 1.3 Transporte de Oxigenio no Sangue 7 1.4 Transporte de Oxigenio no Sangue: em Solu<;ao Fisica 8 1.5 Transporte de Oxigenio,.no Sangue: pela Hemoglobina 10 1.6 A Escala de pH 14 1.7 Efeito Tampao 18 1.8 A Hemoglobina como. um~Tampao: A Curva de Titulac;ao da Oxi hemoglobina 20 """ 1.9 A Combinac;ao Direta do Di6xido de Carbono com a Hemoglobi na: Compostos Carbaminicos 24 1.10 A Hemoglobina como urn Tampao: 0 Efeito da Desoxigenac;ao 26 1.11 Transporte do Di6;ddo de Carbono no Sangue: Aspectos Qualita tivos 30 1.12 Transporte do Di6xido de Carbono no Sangue: Aspectos Quanti tativos 36 1.13 Equac;5es Fundamentais 38 1.14 Calculo da Partic;ao do Di6xido de Carbono no Plasma 41 1.15 Calculo da Partic;ao do Di6xido de Carbono no Sangue Total 44 o Diagrama pH-Bicarbonato 47 1.17 0 Valor Tampao do Plasma Separado e do Sangue Total Oxige nado 49 2. 0 Que Acontece Il() Organismo 54 2.1 A Inclinac;ao da Linha de Tamponamento Normal In Vitro e In Vivo 54 2.2 A Linha de Tamponamento do Sangue Desoxigenado e 0 Conceito de Excesso ou Deficit de Bases 59 ~:t Determinac;ao do Excesso ou Deficit deBases 62 http:Oxigenio,.no indice 2.4 Percursos Acidobase Normais sem Compensa9ao frl 2.5 Faixas Normais 71 2.6 Regula<;ao QUimica da Ventila<;ao Pulmonar 73 2.7 Compensa<;ao Respiratoria para a Alcalose e Acidose Metabo~ licas 78 2.8 Processos Renais que Respondem as Modificac;oes Acido-Basi cas 80 2.9 Respostas Renais a Acidose e Alcalose Metabolicas 86 2.10 Compensa<;ao Renal para a Alcalose e Acidose Respiratorias 89 2.11 IdentificaC;iio do Estado Acidobase 93 2.12 Exemplo Clinico: Acidose Metab6lica 98 2.13 Exemplo Clinko: Alcalose Respiratoria 101 3. Outras Maneiras de Analisar 0 Problema 106 3.1 o Diagrama pH-log P 106 C02 3.2 Detennina<;ao do Estado Acidobase do Sangue por Equilibrio corn Misturas Gasosas de P co conhecidas 113 2 3.3 Avalia<.;ao Quantitativa do Componente Metabolico: o Poder de Combina<;ao do Di6xido de Carbono 117 3.4 Avalia<;ao QUantitativa do Componente Metab6lico: 0 Bicarbonato Padrao 119 3.5 Avalia<;iio Quantitativa do Componente Metab6lico: A Escala de Excesso de Base 121 Bibliografia 126 Prefacio A finalidade deste livro e supnr os estudantes de medicina e os medicos com urn texto intelegivel dos elementos da qUlmica fisiol6gica acidobase. 0 assunto e de tal importancia pratica que o seu estudo serio e quase obrigatorio. Infelizmente, nao existem caminhos face is para um conhecimento solido da quimica acido hilsica, e nao existem "receitas" facilmente memorizaveis que pos sam ser aplicadas indiscriminadamente na c1inica, sem um risco serio de desastre. Comequentemente, 0 leitor que desejar dominar n a~sunto deve trabalhar intensa e seriamente, e eu espero que "slc livro passa servir .como um guia eficiente nos seus estudos IIliciais. Vma vez que ele tenha dominado os principios, os aspec I. '" mais dificeis do assunto, encontrados na pesquisa ou a cabe .(ira do leito, se tornam de compreensao mais facil. Os bioqufmicos e c1fnicos de boa format;ao profissional que Il'I!'in este livro, encontrarao nele muitas omissoes. Em alguns I. >(;Iis eu aiustei a exposit;ao ao meu julgamento do que e impor 1.1111<' c tambem razoavel. Em muitos pontos, decidi que as van I" )'."l1S da simplicidade e c1areza em um texto elementar, superavam ,'. v:llllagens e a elegfmcia da precisao estrita e da logica termo ,JIII:II11ica. Finalmente, deixei a aplicat;ao mooica do assunto aos I" "I(";s( m;~ de cHnica, cirurgia e pediatria. SOli muito grato a diversas pessoas, particularmente ao Pro I. ··.. 1 A. Baird Hastings e ao falecido Robert Wolf. Sou agra ,I" "In 1:llllhem ao falecido Professor Franklin C. McLean, a Lilt, lib Virginia D. Davenport, R. E. Forster, II, e a muitos outros III(" :tllxiliaram. Sou especialmente reconhecido a Arthur J. "HI., I'c\()s seus con~l:lhos durante a preparat;ao da quinta ,I!. II. 1o Que Acontece no Sangue 1.1. Pressao Parcial de Um Gas As ac;:oes qUlmlcas e fisiol6gicas de urn gas dependem da pressao que ele exerce. A pressao que um dado gas exercet,A-uer esteja s09..!l.l:!listl-!L\lOO--CQ}I! ()lltr()s~es, e a sua ~pressao-parciay A pressao parcial de urn gas e geralmente indicaaa'peIalerra-p miniiscula precedendo 0 slmbolo qufmico do gas; assim, p02 repre senta a pressao parcial do oxigenio. Os fisiologistas respiratorios, todavia, indicam a pressao parcial pela letra maiiiscula P, seguida do simbolo quimico escrito a direita e abaixo; assim, POI 6, para eles, a pressao parcial do oxigenio. Desde que este livro sera usado por pessoas que estao estudando fisiologia respirat6ria, este sistema de simbolos sera empregado. A pressao parcial de urn gas depende somente do niimero de moles de urn gas em urn dado volume e temperatura. Ela inde pende da presenga de outros gases no mesmo volume. Este fato e represent ado pela equagao dos gases perfeitos, a qual, quando apli cada ao oxigenio, 6 (1)N02RT Nesta equagao No! representa 0 niimero de moles de oxigenio no volume V; a quantidade Rea constante dos gases que e a mesma para todos os gases; e Tea temperatura absoluta. A pressao total exercida por uma mistura gasosa como 0 ar atmosferito, e a soma aritmetica simples das pressoes parciais dos gases que formam a mistura. A pressae·,baroi'fl:6trlea--Wiil e. deste modo, a-sorrfa'das pressoes parciais do oxigenio, dioxido de car bono e nitrogenio do ar. Este fato e representado pela equa~ao PH Peol + POz + PNz ' (2) Vma vez que as pressoes parciais dos gases componentes em uma mistura sao proporcionais ao niimero de moles do gas presente, as equac;oes " -'~)"""""'-- I ---,--r o que Acontece no Sangue 4 Peo2 N C02RT/V (3 ) e PN2 = NN2RT/V (4) podem ser cscritas. A prcssao barometrica e iguaJ a soma das equa~6cs (1), (3). e (4): PB (N02 +Nco2 +NN,)RT/V (5) Dividindo a equac;ao (1) pela equaC;ao (5), teremos P02 N02 (6) PB = N02 + NC02 + NN2 Esta equac;ao estabelece que a relac;ao cntre a pressao parcial do oxigenio c a pressao barometrica e igual a relac;ao dos numeros de moles de oxigenio e 0 niimero total de moles da mistura gasosa. o termo a direita na equac;ao representa a frac;ao de oxigenio na mistura gasosa. A equac;ao pode ser escrita como Po = PB(fra~ao de moles de Oz no ar) P,iFo). (7) ....._ .•• ~'" ...-~."~""'_~.~".,,.".~.~---.;- .. -, "".>•••. _ ._," ,."~'r""',,,",":"""'_~'_'>_ 2 , Volumes irom.is de-gas..CQn!eIll numeros':::iguaisqcmoles; conseqiien 'tenlente afrac;ao do ga~rpor volume 6 tambemigUal a frac;ao do gas por moles. A...tr_:'!<.<.J!Q_de_!!!!!-K<!ILpOl:..-velume e a porcentagem divigi<l'-Lpml OO~, Assim a fra~ao de oxigenio em uma mistura gisosa e igual a %02/100. Quando este valor e substituido na equac;ao (7), a cQuacao se torna P02 PII('X,°2)/IOO. (8) Equac;6es para as prcssoesde outros gases podem ser tam bem escritas Peo} P II( 'X;( '( (9) e 00 ( 10)PN2 Analise L I',l do <II' 1t'11i IlIOSlratio qlll: a slIa composic;ao porcentual e %02 20.93, %COz = om. e = 79,04, Se a pressao barom6lrica lor l'onhecida. a ITressi'm parcial dos gases pode ser calcutada, I ----------------- -----~~"- r 51.2. Composic;ao do Ar a Alveolar EXEMPLO I. Se a barometrica do ar seco e de 760 mm Hg, quais serao as press6es parciais de oxigenio. dioxido de carbono, e nitrogenio? P02 = (760 mm Hg)(20,93)/lOO 159 mm Hg, PC02 = (760 mm Hg)(O,03)/100 = 0,2 mm Hg, e (760 mm Hg)(79,04)/lOO 601 mm Hg. PN2 A pressao parcial de urn _];!s pog~.£eterminada por meios qUlm1CUS-'~-0mrnoo-os meios qufmicos sao usados, a com pZ)'sh;iio'porcefitual do gas por volume e. medida: e as Farciais sao calculadas a partir das porcentagens e da barometrica. Cad a tipo de gas apresenta propriedades fisicas sobre as quais as medidas de sua pressao parcial sao baseadas. 0 dioxido de carbono absorve radia~ao infravermelha; os medidores deste gas medem 0 grau de abson;ao de urn feixe de raios infravcrme1hos que passa atraves da amostra gasosa, dando uma medida que e func;ao da pn:ssao parcial do dioxido de carbono na amostra. Con seqiientemente, 0 medidor pode ser calibrado com amostras de dioxido de carbono cujas press6es parciais sao conbecidas, de modo a converter a leitura do medidor em leituras diretas em pressao parcial. De maneira semelhante foram construidos medidores que permitem determinar a pressao parcial do oxigenio por meio de suas propriedades paramagneticas ou do nitrogenio por meio da luz emitida por ele em um campo eletrico, na presen~a de alto vacuo. Quando a pressao parcial e conhecida e se deseja calcular a porcentagem ou composic;ao fradona! do gas, equa~5es seme Ihantes a (7) sao usadas; as press6es parciais e a pressao baro metrica sao substituidas na equac;ao, permitindo assim 0 da fra~ao desconhecida. 1.2. Composi~ao do AI" Alveolar o ar res~irado durante a inspira'tao 0 ar inspirado se mistura com 0 gas ja presentc na traqucia, bronquios, e subdi vis6es mais finas das vias aereas pulmonares. Uma parte desta mistura e levadaaos alveolos em expansao onde ela entra em cpntato com os capilares pulmonares que transportam sangue ve nos~. Esta mistura gasosa dos espa~os alveolares e chamada de fir alveolar. Uma parte de seu oxigenio passa para 0 sangue, e aIg!JmjnQ~1I;iQ=(k carb.9lloe acrese:enta_<!o pelq sangue. Durante a expirac;ao, uma parte do ar alveolare fQr~adQ pa ra fora dos aiveolos nos bronquios e traqueia, onde se mistura com 0 gas pre _ o Que Acontece no Sangue 6 sente nestes condutos, e a mistura final IS lan,ada all nil'rior como arexpirado. Em condi<;oes de equilibrio dinamico 0 nuxo de vai e vern do gas dentro e fora dos espa.;;os alveolares Illallkrn a constancia da composic;fio doar alveolar. Em mcd ia, a II Il"SIl !;I qlluntidadc de oxigenio acrescentada ao ar alveolar 6 n:lllovida pelo sangue, e a mesma quantidade de di6xido de carbono I rallsfcrida pdo sangue aos alveolos, e. lau<;ada no meio exlCfllo. o ar alveolar con tern os tres gases do ar inspirado. oXlge nio, dioxido de carbono e nitrogenio; sendo tambcm sa(umdo com vapor dagua que evapora da superffcie dos tecidos. 0 vapor e urn gas que exerce uma determinada pressao parcial do mesmo modo que qualquer outro gas. Todavia, a pressao parcial do vapor d'agua em uma mistura que esta saturada com de e, uma func;ao somente da temperatura. Ela e iIidependente da pressao dos outros gases, bern como da pre&sfio barometrica. N a temperatura normal do corpo, de 37°C, a pressao parcial do vapor d'agua e de 47 mm Hg. A pressao total dos gases no ar alveolar e igual a pressao barometrica. Desde que 47 mm Hg correspondem a pressao do vapor d'agua, a pressao dos outros gases, os gases secos, e igual a pressao barometrica menos 47 mm Hg. Quando 0 ar alveolar e coletado . e analisado por metodos_quimicos, sua"Compos~ao e referida em teemos de porcentagem de~oxig~)1io e dioxido de car bono no gas seco, ou seja, na mistura gasosa menos 0 vapor d'agua. A pressao parcial efetiva de urn dos gases no ar .alveolar e entao calcuJada, multiplicando a fra<;ao do gas no ar seco pela pressao baromclrica men{}s 47 mm Hg. EXEMPLO 2. J\ pfessao barometrica e de 745 mm Hg.. Ullia a!llostra dl~ af alveolar e coletada e analisada. As porclnlagells dc dil')xido de carbono e oxigcnio sao res ~1ectival\lelilc 'iJ) c 14,8. Quais sao as pressoes parciais ~I()s gases lIO ar alvcolar? I'm} ('IfI) 4'1111!l\ I Jg)l'i,(,)/J(J() = W,l mtl"l' (74) 47 1lI1ll 1I).'.)(I,1,X)/100= I03J mm 1:\~,';lIJl11ell1 110rmal, Ult l'l'pOllSO, (' n'sltlral1lfo tranql11lamente, os mecanismos respiralorios CllIISLrV;Utl a 1"0) do ar alveolar em cerca de 40 mm 1~lg. A I1Icdida que a (llUdw;ao metabolica de dioxido de carbono sc c1cva, do valor de n:polISO de 250 cc por minuto aproximadamente, para eerea de 2.'iOO cc por minuto durante urn exercicio pesado, a ventila<;ao alveolar se deva na mesma proporc;ao. COIlseqiientcmente, em to<la esla ampla faixa· de produ<.;;ao de di6xido de carbono, a Pco) do af alveolar perma nece constante em cerca de 40 mrn Hg. A constancia da PC02 71.3. Transporte do Oxigenio no Sangue alveolar e perturbada quando a ventila<;ao alveolar aumenta ou diminui . fora de propor<;ao com a velocidade de produ<;ao de di6 xido de carbono. A hiperventila<;ao ocorre no homem em repouso quando ha uma demanda urgente por oxigenio, como na hipoxia de altitudes elevadas; quando ocorrem estimulos nervosos centrais ou reflexos aumentando a ventila<;:ao, como na dor, temperatura corporal elevada, histeria, ou intoxica<;ao por salicilatos: ou quando existe uma demanda para a compensa<;ao respiratoria de uma aci dose metab6lica. Entao a PC02 alveolar cai abaixo de 40 mm Hg. A hipoventila<;:ao ocorre quando 0 aparelho respirat6rio e incapaz, por qualquer razao, de apresentar uma ventila<;:ao alveolar ade quada; observa-se entao uma eleva<;ao da Pco 2 adma de 40 mm Hg. No homem em repouso, que nao esteja sofrendo de hipoxia, a POo do ar alveolar liao e regulada com 0 mesmo grau de precisao que a P C02' A P02 d0 ar alveolar em urn homem normal, ao nivel do mar, e de cerca de 100 mm Hg. A hiperventila<;ao eleva a P02 alveolar; quando ar atmosferico e respirado, 0 limite maximo de Po? alveolar e de 140 mm Hg aproximadamente. A hipoventila<;:ao reduz a Po> alveolar. 1.3. Transporte do Oxigenio no Sangue Quando a pressao parcial do oxigenio. e diferente em duas partes de um sistema, estabelece-se um gradiente de difusao; em conseqtiencia 0 gas se difunde do local em que a pressao parcial e maior para aquele em que ela e menor. Se 0 sistem a permanece sem perturba<;:oes, a pressao parcial do gas se torna a mesma em lodas as partes do sistema. A partir dai ja nao mais existe um gradiente de difusao, e 0 sistema esta em equilibrio com rela<;ao a pressao parcial do gas. A velocidade com que 0 gas difunde depende em parte do "declive" do gradiente de difusao; 0 gas se difunde tanto mais rapidamente quanto maior for a diferenga em 11ressao parcial entre as duas partes do sistema. A velocidade de difusao do gas tamb6m depende da natureza da. barreira entre as partes do sistema. Se nao houver barre ira, 0 gas se difunde rapi damente, e 0 equilibrio e atingido em pouco tempo. Nos pulmoes, a membrana alveolar que separa 0 ar alveolar do sangue e uma harreira para a difusao do oxigenio, porque 0 oxigenio e relati vamente pouco sohivel na agua da fase aquosa da membrana. o oxigenio difunde do ar alveolar para 0 sangue porque 0 '.;Ii\gue venoso que flui pelos pulmoes tern uma P02 inferior a <I" ar alveolar, a nao ser em. condi<;:oes expcrimentais espedficas. \ dil'llsao de oxigenio para 0 sangue venoso 0 converte eIll san ,.". arteriaL 0 sangue passa rapidamente pelos pulmoes; quando .. ...."----. l o Que Aconteceno Sangw' 8 em repouso, urn eritnkito pass;1 all.l\'("·, d, em cerca de 0,75 segundos (' 1'111 '-"-""11 is de somente 0,3 segundos_ !\ 111"1111,,;111.1 ,dl-'-' a difusao do oxigcnio, pOI' i';lo O·;;II'!'II.. 'Jilt' pas~;a atraves dos pulmoes nao chcga a :lIingir (I "'11111111111' '''1111'''-1 .. ,'11m 0 ar alveo~ lar e a Po.' do sanglll' que S:II till'; ',II "I,IIl", '-III qll:dqllcr alveolo is sempre Jigeirallll'llk illi'criol a /'", tip ;II :11\',',,1;11 1:111 ('ol1dit;:oes normais cRta dikrcIH,:a 0 provavdllwlI('- 1111,'11111 :1 I 01111 II)'., Toda via, 0 sanguc arlerial !las alil'rias SjSlcllli(,;I~, do linflH'11i ell! repouso tern uma po! cere;! dl~ 5 a I () I1IIIl 11/" illinior a "", do :II' alveo lar. IntercomUllicae()cs :In:llilllli(';ts do san/'lll' V('1I0SIl do park de:-;ia dil'cren<;a, (' c pcrfusfio dos alvcolos por sangue venoso expllca 0 restantc. No exefclcio intenso a diferen(,:a entre P02 alveolar e arterial aumenta para cerca de 16 mm Hg, podendo ser ainda maior em algumas enfermidades, o oxigenio contido no sangue arterial c transportado de duas maneiras: como oxigenio dissolvido em sollH;ao fisica c na forma de composto quimico com a hemoglohina dos eritr6citos, A quan tidade de oxigcnio dissolvida e a quantidade combinada com a hemoglobin a dependem ambas do po) do sangue arterial. o sangue arterial fIui atraves de tecidos em que a P02 e inferior a do sangue. Em alguns tecidos, como 0 cerebro e a gHin dula tire6ide, que tern urn fluxo sanguineo muito elevado em rela I;ao ao seu consumo de oxigenio, a po) pode ser sornente alguns miHmetros inferior a arterial. Em outros tecidos como no miisculo em exerdcio, a Po, pode ser pr6xima de zero. Pelo fato da P02 dos tecidos scr inferior a do sangue artcrial 0 oxigenio se difundc do sangue para os tccidos. A perda de oxigenio pelo sangue arte rial, juntamcntc com 0 ganho simultaneo de di6xido de carbono, converte 0 sangue arterial em venoso. 0 sangue vcnoso e coletado pel as vcias, misturando-se no ventriculo dircilo e novamente cir culando 1.4. Transporte do Oxigenio no Sangue: em Solu~ao Fisica. A solw.;ilo fisica do oxigcllio II() :.;angue seguc limn. lei simples que se aplica a todos os gases: a qH:tllliriadl' de oxi~cni() dissol vida em urn dado VOlllllW de sanI'Jll' 0 dirl'lallll'lIil' proporeional a P02 da fase gasllsa qlle ('S{;'I ('III cquilihrio COlli 0 sangllc, A lei de solw;;iio do Dxigcnio no sangue C expressa pcb equal;ao (02 dissolvido) a1'0, - (11 ) A constante a e a constanle constante de solubilidade que pode ser A eons- I 91.4, Transporte do Oxigenio no Sangue: em Soluc;!ao Fisica tante de solubilidade e expressa muitas vezes em term os numericos tais que se torn am iguais ~w numero de centimetros ciibicos do gas dissolvido em 1 mililitro do Jiquido quando a pressao parcial do gas e 760 mm Hg, ou uma atmosfera. As constantes de solubili dade, particularmente para 0 di6xido de carbono, como se pode ver na sec<;:ao ] .13, sao expressas em outras unidades, e 0 estu dante deve observar cuidadosamente as unidades antes de usar as constantes. o valor numerico de a para 0 oxigenio no sangue, e~eO,023 cc por mililitro de sangue por atmosfera de oxigenio a uma tempe ratura de 38°c' Quando a pressao parcial do oxigenio e inferior a uma atmosfera, a quantidade de oxigenio dissolvido em 1 mililitro de sangue e proporcionalmente menor. De acordo com isto, a oxigenio dissolvido em 1 mililitro de sangue e dada pela equa<;ao (02 (12) cc por m!. (13) o volume de oxigenio dissolvido no sangue e convencional mente expresso em volumes por cento, nao em cc por ml. Os volumes por cento, representados como "vol % ", sao definidos como 0 numero de centimetros cubicos de oxigenio dissolvidos em 100 mililitros de sangue. Conseqiientemente, 0 resultado calculado pela equa<;:ao (13), deve ser multiplicado por 100 para dar 0 resultado em volumes por cento. EXEMPLO 3. 0 sangue foi equilibrado com uma mistura gasosa contendo 14,5% de oxigenio a uma pressao baro metric a de 752 mm Hg, a 38°c' Quantos volumes por cento do oxigenio estao dissolvidos no sangue? Primeira etapa. Calculo da Po, . Desde que 0' gas esta em equilibrio com 0 sangue, ele esta saturado com vapor d'agua. A pressao total do gas seco e a pressao barome trica menos a pressao do vapor d'agua. (Pressao do gas seco) = (752 47 mm Hg) = 705 mm A P02 e a fra<;:ao do oxigenio no seco multiplicado pela, pres sao do gas seco: P02 (Pressao do gas seeo)( %O 2 )/100 705 (14,5)/100 102,2 mm Hg. Segunda etapa. 0 volume de oXlgenlO dissolvido em j mililitro de sangue is dado pela equa<tao (13): ....... o QU(' A,'ollj.-,·,. 110 ~;:HII(lI(' 10 It I. dl~;~;olvid() 0,023(102.2)/760 cc por ml. 'i't'rcl'ira etapa. Os volumes dissolvidos em 100 rul sao os volumes por cento: (Vol % <lissoIvido) (0,0031 cc por ml) (100) 0,31 vol %. 1.5. Transporte do Oxigfmio no Sangue pela: Hemoglobina. o oXlgefllo dissolvido e a hemoglobina reagem para formar 11m de acordo com a equa~ao (14)O 2 + I-Ib A hCllIoglobina nao combinada com 0 oxigcnio e chamada de hemo ;;fohitw dcs(}xif{l'natia ou dt:soxihemoglohina. Ela era tambem cha mada, frcqiientcmentc de hemO'globina reduzida, sendo simbolizada pclas Ictras lib. A hemoglobina combinada com 0 oxigenio e chamada de oxihemoglobina ou hemoglobina oxigenada, sendo sim bolizada pelas letras Hb02 . Urn mol, ou 32 gramas, de oxigenio se combina com 16.700 de hemoglobina. Deste modo 0 peso de combina~ao da e de 16.700 gramas. Em todos os trabalhos sobre a como urn transportador de hemoglobina c considerado como razao, 16.700 gramas de hemoglobin a e urn eqUlvalente e gramas C urn miliequivalente. Uma solu~ao contendo 16,7 gramas 1'01 lilm tem lima concentra~ao de 1 miliequivalente por litre, ou I rill ':'1/ I. () 1ll",C;O molecular da hemoglobina e de cere a de 67.000 dal r,,":;, <>11 '1";111'0 Vl',ZCS 0 seu peso de combina~ao. Por esta razao • nIl' 1111111":, 'III{' tlllW Illolccula da hemoglobina se combina com I'LlI,., 111,,1 ... lib,; .II' oxigenio, de acordo com a equa~ao HbOz , I, III, II h(( ) (15 ) acido-basi~,I. • " II'II"I";HIO , IIIV(':; da (I', {: para expressar a.! 1 nlldlUI If ,Ii to" 11'! 111" !; "' ht'IUi 4111,I'oiBII cl 'nl till dIll I'll 'S:;;IO temperatura padroes, ocupa 2.2.,'1 IIrl"'" .. II ',' ·1011 ., I'd;1 ('qllac.;~io 22.:IIH),," 1'''1 111 .. 1 ,I<' 0, I 16.700 g pOl' cqlllv;ilnll\' .I,. liclllogiobina I,, \·1 n ( ), P'II g de hcmoglobina, (16) l 1.5. Transporte do Oxigenio no Sangue pela Hemoglobina 11 calculamos que 1 g de hemoglobina se combina com 1,34 cc de oxigenio. A quantidade media de hemoglobina nos eritr6citos de 100 mililitros de e de 15 gramas. Esta quantidade de hemoglo saturada, DOde transportar 15 (1,34), ou 2U,1 cc de oxigenio. Quinze gramas de hemoglobina em 100 mililitros e igual a 150 gramas em urn litro. Existe 150/ 16.700, ou 0,0089 equivalentes de hemoglobina por litre de sangue normal. Esta quanti dade e geralmente expressa em miliequiva: lentes, havendo asr.im 8,9 miliequivalentcs de hemoglobina por litro de sangue normal. e bJ) '" d.., I:l 0 '" ... Po '" e '" aI I:l :a 0 til, 0 e ,Q" .. 'tl 0 «>3 '" ..aI .E aI rn 100 90 80 10 60 50 20 40 60 80 100 140 Po, Fig. 1. Cur'l[a de dissocia\;ao da hemoglobina a 380 C e pressoes par ciais de dioxido de carbona iguais a 20, 40 mm Hg. (, (,'", :\,olltece no Sangue 12 I ':XEMPLO 4. Vma amostra de sangue e equiJibrada a \Xl)C com uma mistura gasosa tendo uma P02) de 200 111111 Hg, na qual a hemoglobina esta completamente satu r:lda. Encontrou-se na amostra, 21,3 vol % de oxigenio. ()uanto tern de hemoglobina csta amostra de sangue? I'rimeira etapa. 0 oxigcnio dissolvido no sangue deve ser subtraido do oxigenio total: ()2 dissolvido) = (0,023 cc por mJ)(200 mm Hg)/760, = 0,006 cc por ml, = 0,6 vol %. o oXlgellIo total dosangue e igual ao dissolvido mais 0 combinado com a hemoglobina: ( ( ) JTotal) (02 dissolvido) + HbOz , 21,3 vol 0;: - 0.6 vol = 20,7 vol Segunda etapa. Desde que 1,34 cc de oxigenio se com binam com 1 g de hemoglobina, !' IIb0 por 100 ml 2 = (20,7 cc por 100 ml)/(l,34 cc por g), = 15,4 g HbOz por 100 m!. E, dcsde que 0 peso equivalente da hemoglobina e de 16.700, I ~q II b()2 por litro (15,4 g por 100 0,0093 Eq por litro, 9,3 mEq/i. ;\ qll:tlllld;\(k dc hcmoglobina que se combina com 0 oxige- III", .1('11"11<1<- dd 1'". da solu~ao. Quando a po) e clcvada, a maior 1':111<' "Ii Itld:l :1 IHlllo)"lo\Jilla sc combina com 0 oxigenio; quando I'" ,. ",IIX:'. 1)["'1111'11:1 qllalltidade de hcmogiohina cslit combi 11:111:1 (11111 "!!XII'('1111l i\ qll:llliidade de hcmoglohilw que sc com hllla 'Ill tI "" 11'('11111 I dl'rida elll lermos de {JOrnll/(/~CIll de SI/flllill (/{I da 111111"1,1""111:1, '111(' t' ;1 fralJlo da IWlIIOplohilla total 11<1 Inllll:1 <It· II hI • , 1111111 ipli(,;H b 1'"1 lOll Salllral;;I(! p"l ('('1110 1()()(llh()".(llhO, I Ilh, (17) A reia(;a() ('litre :1 (l()rl'l'IIi;II',l'1I1 dl' s;illlla~:;I(l (' a IS ex pressa na curvet de dISSuci:l1,;ao da IWIIIOI'I()ilill:l, qlll' (, dctcrmi nada experimental mente. A forma da curva de dissocia~ao dqx:nde da IClllpcratura e do pH ou PC02 da solu<;ao da hemoglobinu. A curva de dis sociar;:ao da hemoglobina no sangue a 38°C e a uma l'e02 de 40 mm Hg esta tral;ada com9 a curva media na figura I. Urn aumento 1.5, Transporte do Oxigenio no pela Hemoglobina 13 da PC'J" ou uma diminui<;,;ao no pH, desvia a curva de dissocia<;ao par<!~baixo e PArlla."qj.~ita. Inversamente uma redu<;ao na PC0 2 , oou urn aumento no d?!Wdesvia a curva de dissocia9ao para cima 'e para a esquercta. Curvas::p)lra yalores" ..d~,,,PCO-" iguais a 80 e 20 mm Hgtatnbem estao tni~adas na !igur<!tl Se-ctmhec€Einos-a--porcentagem de satu!~r;:.~9,.cle uma amostra de sangue <1_Uf!1a determinada temperatura e Peo',J, poderemos ler a P02 a ~partir da curva de dissoci<,t<;ap,gu, se conhecemlos a poderemos ler a porcental!em de saturaca.o.A orecisao dos tados dcpendeni de satura9ao ou da P02 foifetta;~e~da exatidao da eurva de dis socia<;ao. A precisao e particuLafJpente reduzida quando a extremi dade superior da curva e utilizadal EXEMPLO 5. Cemnri:IiTitros de uma amostra de sangue contendo 9,3 miliequivalentes de hemoglobina por litro e equilibrada-a-3'8-6Ccofu uma mistura gasosa POl de 200 mm Hg e uma Peo, de 40 mm 00 ml da mesma amostra de sangue sao na mesma temperatura, com uma mistura gasosa com uma POl de zero e uma Pe02 de 40 mm Hg~, duas amos tra~ s~o em se.guida, mistur~das. Qual ~ ·\..~C:2 d~ mistura? Prlmelra ttapa. A amostrade sangue oXlgena 0 e a mesma descrita no exemplo 4. RIa contem urn total de 21,3 vol % de oxigenio, cios quais 20,7 vol % estao combinados com a hemoglobina e 0,6 vol % estao dissolvidos. A outra amostra nao contem mistura de 200 ml contem bina e 21,3 cc de oxigenio. aproxima<;ao, Que todo 0 oxigenio esta combinado com a hemoglobina, a quantidade de Hb02 sera 21,3 cc O2 HbO 15,9 gramas Hb02 ,cc por grama 2 Satura<;ao por cento = 100 (15,9 g Hb0 3)/2(15A g Hb02 + = 52% Segunda etapa. Interpolando na curva do meio, na figu ra 1, verificamos que a Pt0 2 e de aproximadamente 30 mm Hg. Terceira etapa. Nesta P_02 a quantidade de oxigenio dis solvida e de ( O 2 dissolvido) 200 (0,023 cc por ml) (30 mm Hg)/760 0,18 cc por 200 ml de sangue. o Que Acontece no Sangue 14 Isto e, 100 (0,18) / (21,3), ou 0,8 por cento do oxi genio total. A hipotese de que todo 0 oxigenio da amostra de sangue esta combinado com a hemoglobina e, assim, mais de 99 % correta. ~-,+;;;:O desvio na curva de dissocia<;ao da hemoglobina quando a Pco2se eleva, aumenta a quantidade de oxigenio liberado nos teci dos:b sangue arterial con tendo oxig~!liQ e tendo uma PC02 de 4(J'inm Hg, chega ao tecido em que a P02 e baixa e a Pco, e de cerca de 46 mm Hg: A POl baixa faz com que a rea<;ao des crita na equa~aP (14) );~.~esloque para a csquerda, sendo liberado oxigenio da oxihemoglobin8) Simultaneamente, 0 aumento da Pe02 faz com que~a curva de -dissocia<;ao se desloque para baixo e para a direita. Isto significa que na Po, obselfvada nos tecidos, a hemoglobina se combina com menos oxigenio do que cIa se combinaria se nao houvesse 0 aumento da PC02' Deste modo a oxihemoglobina Iibera uma quantidade adicionaI de oxigenio para os tecidos. Inversamente, a queda da Rco, que ocorre quando 0 Sangue passa pel os pulmoes, faz com que a curva de dissocia<;ao se desloque para cima e para a esquerda, ea hemoglobina se com bina a uma quantidade adicional de oxigenio. / >;;.::;;.::":"-.~-:/_"--'=", : ( '"\"''''1 1.6;<:::~a!a-.e:lQJ:l~____ /J ) / A atl"idide- Ions hidrogenio em uma solu<;ao determina sua acidez--'.,A atividade e expressa nos termos nao dimensionais seguintes: Atividade dos Ions hidrogenio = aH+' (18) A a H+ na agua pura sendo de 10- 7 aproximadamente. Por con ven<;ao as solu<;oes que apresentam uma a H+ maior do que 10-7 sao consideradas acidas, e aquelas com aH+ menor do que 10-7 sao alcalinas. No cor DO humano trico mais acido, a cerca de 0,000.000.03 no suco pancrcatico mais alcalino. Com 0 objetivo de eneontrar uma mancira mais conve de expressar esta faixa tao ampla de atividade do -ion hidrogenio, a acidez e exp·ressa como 0 JogaritIllo ncgal iv(} de base 10 da atividade hidrogenionica Lla solu<;~io. Este [crll1o e cllamado de "pH" e sua defini<,;ao e expressa pcIa cqlla~~io pH log {III I • (19) Na pratica, a atividade dos ions hidrogCllio em lima solw;ao e medida eletrometricamente. Se a solu<;ao dcsconhecida e separada de uma solu<;ao padrao, que possua uma atividade hidrogenionica conhecida, por uma membra~a permeavcl unicamente aos Ions _________________~_ 1.6. A Escala de pH 15 hidrogenio, 0 potencial eletrioo E atraves da membrana c dado pela equa<;ao RT aH + padrao E=-fu (~ nF aH + desconhecido onde Rca constante dos gases; Tea temperatura absoluta; n e a valencia (aqui igual a urn); e F e 0 faraday; 0 termo loga ritmico e de base e dos logaritmos natura is, e e igual a 2,3 vezes os logaritmos de base 10. A cqua<;ao pode ser reescrita RT E = 2,3 - log (a ll + paorao) nF RT 2,3 - ( aH + OeSl:UIlIII;;l'.uv J. (21) nF Desde que todos os vaIores na equa~ao, com exce<;ao de E e (a desconhecida) sao constantes, a equa<;ao se reduz a E = A - b log (aH+ desconhecido) (22) onde A e b contem os valores constantes da equa<;ao (21). A equa<;ao (22) diz que 0 potencial atravcs da membrana e uma fun<;ao linear do logaritmo da atividade hidrogenionica da solu<;ao problema. Por defini~ao (pH desconhecido) log (all + desconhecido). (23 ) Por substitui<;ao, tcremos E = A + b (pH desconhecido), (24) ou (pH desconhecido) A lb. (25) o pH desconhecido e uma linear do potencial atraves da membrana. Em condh;:oes apropriadas algumas qualidades de vidro se comport am como se fossem membranas permeaveis somente aos ions hidrogenio. Com este vidro se faz urn bulbo que e carrc gado com a solu<;ao padrao, tendo uma all + conhecida, e 6 mer gulhado na solu<;ao cuja aH + desconhecida se pretende determinar. o circuito e completado conectando-se urn fio apropriado, que mergulha no lfquido contido no bulbo, ou eletrodio de vidro, a 11m dos terminais de um potenciometro, e conectando-se urn ele Iradio padrao, geralmente urn eletr.6dio de calomehfno, ao outro terminal do ~iometro.-0 eletrodio de ~alpn~o e conectado c1etricamenteJ c!f "\3. I!!Phl&;.aoAd&on~cc~~ atraves de uma ponte Tombo_ - ..... .4 ____ http:OeSl:UIlIII;;l'.uv http:0,000.000.03 o Que Acontece no Sangue 16 salina, geralmente uma soluc;ao saturada de c1oreto de potassio. Nestas condic;6es,seo-aparelho for corret~D.te cmistruido, 0 lido e diretamente proporcional aopIi'da soluc;ao des Os aparelhos disponlveis comerciafmentesao usual mente padronizados e calibrados de modo que 0 medidor ja per mite leituras diretas do oH da Em lima solu~ao hidrogenio (aH a concentrac;ao dos ions hidrogenio Em solU\;:6es mais concentradas a atividade 6 sempre menor que as conccntra~6es, e este fato e expresso equac;ao a H + =f[H+]. (26) Onde f 6 0 coeficiente de atividade, cujo valor numenco e infe rior a 'um e deve ser determinado expcrimcntalmente. o cocficiente de atividadc para os ions hidrogenio no sangue e. desconhecido. Todavia, como sua conccntra9ao e tao pequena, o sangue provavelmente se comporta como se fosse uma soluc;ao infinitamente diluida. Deste modo, 0 cocficiente de atividade e provavclmente pr6ximo de urn. Alem disto, nao existe razao para considerar que ele varie muito em condi«6es fisiol6gicas. Con considera-lo iguai a urn, e cscrever as equa~6es . log log (28) Ing (I) (29) log II 1 'I (30) o SIiUl g:istrico C: 0 llllien i'luido do organismo para 0 qual () l'odicit'lIll' de atividadc 11110 pmlc ser considerado como igual a 11m. 1;111 IIl1la allllls(r:l dc sueo g{lstrico cujo pH e ] ,00, e no qual a SOIll:' lit- III' I (' IK I I e de 50 mEq/!, 0 coeficiente de ativi dade doc; iOlls hid rogl'llio l- ignal a 0,810. Assim a atividade dos iOlls hidro/'.\'Ili" " de 0, I00, por01ll a eonccnlrac;ao de ions hidro ,: de OJ ()() 'O,X 10, ou 0,12,1 Eq/ I . FXFMI'IO (), () pi I do sallgllc arterial normal e de 7.41. Ollal (: a slia cOlln~lIlra~:ao l'1l1 iOlls () lo)'.aril!llo lll·p.a(ivo da atividadc dc ions hidrmJj<;~ni() C dl' 7,'1 I. Fm cOllscq iii'~Ill'ia, Sl'1I que POdl' Sl'I ('serilo tam III'Ill . O,S9-X. o anlilugaritlllo de 0,59 C 3,9, (' () anlilogaritmo de -8 e 10-8 . 0 prnduto de 3,9 c lo-a e 3,9 x 10-8 . Considcrando 0 coeficiente de atividade como igual a urn, a conccntra<;ao dc fons hidrogenio e de 3,9 x 10-8 moles por lilro, ou .(),OOO.OOO.039 moles por litr~. 1.6. A Escala de 17 Por convelllencia a concentra~ao de Ions hidrogenio no san gue e muitas vezes expressa em termo de nanomoles por litr~. Urn nanomol e igual a 10-9 moles. Nesta unidade 0 resultado do exemplo 6 e 39 nanomoles por litro, ou 39 nM/l. EXEMPLO 7. As faixas extremas de pH do sangue arte rial sao 6,90 e 7,80. Calcular e tabular as concentraC;6es hidwgenionicas correspondentes a estes limites e tambem para os valores intermediarios de pH, em intervalos de 0,10 unidades. Para 0 pH 6,90 [H +J antilog (-6,90), 1,26 x 10-7 moles por litro, Para pH 7,80 [H 126 nanomoles por !itro. antilog (-7,80), 1,6 x 10-8 moles por litro, 16 nM/t. Ou pH 6,90 126 nM/l 7,00 100 7,10 79 7,20 63 7,30 50 7,40 40 7,50 32 7,60 25 7,70 20 7,80 16 A escala de pH e uma escala logadtmica; como 0 exemplo 7 demonstra, intervalos iguais na escala de pH nao correspond em a intervalos identicos na escala de concenlrac;ao hidrogenionica. o fato de que 0 pH e geralmente plotado em uma escala distorce a realidade fisiol6gica, que e a concentra9ao hidrogenio nica, da qual 0 pH e uma medida. EXEMPLO 8. Urn aumento de 25 nM/! na concentrac;ao hidrogenionica e freqiientemcnte observada, todavia uma reduc;ao de 25 nM/1 nao e compatfvel com a vida. Quais sao os pHs correspondentes? o valor normal de [H +] ede 39 nM/I. Urn aumen to de 25 nM/l torna [H+] igual a 64 nM/t. 0 pH correspondente a este valor e 7,19. Uma reduc;ao de 25 nM/l torna [H+] igual a 14 nM/I. 0 pH correspondente e de 7,85. Por esta razao nao e. correto usar medias aritmeticas dos valo res de pH. Para obter urn n6mero que expre:sse a media dos pHs, os valores individuais de pH devem ser convertidos nos valores http:corret~D.te o Que Acontece no Sangue 18 correspondentes de ooncentra~ao hidrogenionica. A media aritme tica destes numeros deve ser tomada e reconvertida em pH. ~ tambem incorreto falar em modifica~5es porcentuais do pH, desde que modifica~oes porcentuais somente sao corretas em uma escala linear, nunca em uma escala logaritmica. 1.7. Efeito Tampao. Os acidos sao compostos capazes de ceder ions hidrogenio (ou protons), e as bases compostos que aceitam ions hidrogenio. Urn grupo acido comum e 0 grupo carboxila (R-COOH). A estrutura deste grupo pode ser cscrita o II R-C-OH. A lctra R representa qualquer outro grupo que pode sc ligar ao atomo de carbono. Quando 0 composto e dissolvido em agua, 0 grupo -OH se dis socia para dar urn fon hidrogenio e um anion: o o (31)R COH ~ R--C-O- As setas indicam que a rea~ao e reversivel. Desde que 0 anionico da rea~ao e capaz de aceitar urn ion hidrogenio a medida que a rea~ao se processa para a esquerda; 0 anion e, uma base. Tal anion 6 chamado de base conjugada do acido correspondente. Outro grupo capaz de cedcr urn Ion hidrogenio e 0 grupo amonio (- NHj). A rea~ao e R-NH; ¢ R NH2 + HI, (32) Neste caso, 0 composto R NH2 e a base conjugada, e 0 grupo cati6nico R - NH~ ;'!, 0 acido. Se adicionarmos ions hidrogenio a uma solu<;i'io contcndo urn acido e sua basc conjugada, 0 aumento na concentra<;ao hidroge nionica desloca para a esquerda a rea<;ao mostrada ncstas equa ~oes. AI.!,runs Ions hidrogenio se combinam com a base conjugada para formar 0 acido e, deste modo, alguns ions hidrogenio desa parecem da solut;ao. A concentra<;ao hidrogeni6nica final, ap6s a adi~ao do acido, e menor do que ela seria se a base conjugada l I \ nao estivesse presente. Por outro lado, uma redu~ao de ions hidro genio da solu~ao desloca as rea<;5es para a direita, e algumas das moleculas de acido liberam ions hidrogenio. A concentra<;ao hidro 191.7. Efeito Tamp&o genionica final na solu<;ao e maior do que eia seria se 0 acido nao estivesse presente. Assim, urn acido e sua base conjugada tendem a reduzir as modifica<;oes na concentra~ao hidrogenionica de uma solu<;ao, eles formam por isto, um par que atua como urn tampao (ou buffer). A a<;ao de urn tampao pode ser descrita quantitativamente em fun<;ao de sua curva de titulllf·iio. Uma curva de titula~ao e construida dissolvendo uma quantidade conhecida de urn tampiio em agua e medindo 0 pH da solu<;ao. Adiciona-se ou remove-se, entao, uma certa quanti dade de acido, e mede-se novamente 0 pH. 0 processo is repetido ate, que toda a faixa de tamponamento do tampao for analisada. Quando as quantidades de acido acres centado sao coloeadas nas ordenadas, contra os valores de pH correspondentes nas abcissas, a curva de titula<;ao esta pronta. A curva de urn tampao carboxHico representativo e mosttada na figura 2. .. mM 0 +4 d alt ~I +3 'l:l 01 +2~I 'l:l" ~I +1 ~ 0 ~ :51 1 -I ~ a -2~I 3: ~l -3 ~1 -4 3,8 4,0 42 4.4 4,6 4.B 5.0 5.2 5,4 5,6 pH Fig. 2. Curva de titula~ao de urn acido carboxllico representativo. A solu~ao tampao da figura 2 foi feita de maneira a conter 10 milimoles do tampao. Poi ajustada de modo que metade do tampao, ou seja 5 milimoles, estivessem na forma acida nao disso ciada (R-COOH), e a outra metade na forma biisica. dissociada (R-COO-). 0 pH da soIu<;ao foi de 4,73, como est a represen tado pelo ponto A. Quando 2 milimoles do acido foram adicio nados a soluc;ao, 0 pH passou Ii, 4,36, como esta representado no ponto B. 0 pH se modificou de -0,37 unidades de pH. De maneira semelhante outros pontos da curva de tamponamento ... 21 o Que Acontece no Sangue 20 foram obtidos pela adic;ao ou remoc;iio de. ions hidrogenio, e a curva total foi trac;ada. o valor tamponante de uma solU9ao e a quanti dade de ions hidrogenio que pod em ser adicionadosa, ou removidos da, solu 9ao com uma modifica~ao igual a uma unidade, de pH. Este valor e dado pela inclina9ao da curva de titlliac;ao. A curva de titula(fiio mostrada na figura 2 nao e uma linha reta, e a inclinaC;ao se modifica a medida que 0 pH se altera. A verdadeira inclina9ao da curva em um ponto qualquer, e a inclina<,:ao de uma linha reta tangente a curva naqllele ponto. Contudo, como uma pri meira aproximac;ao, a curva entre os pontos A e B podeser con sider ada como uma reta. Entre estes dois pontos, a adi9iio de 2,0 milimoles do :icido ocasiona uma queda de 0,37 unidades de pH. Oeste modo, 0 valor tamponante da solU9ao entre os pontos A e B e aproximadamente 2.0 milimoles do acido por --0,37 uni dades de pH. Pela equa9ao de proporcionalidade 2,0 mM H+ 5,4 mM H+ (33) -0,37 pH unidades --1 pH unidade pode-se ver que 0 valor tamponantc da solu9ao e de cere a de -5,4 milimoles do :icido por llnidade de pH, entre os pontos A e B. o valor tamponante deste tampl10 e diferente em outros pon tos da curva, uma vez que a inclinac;ao da curva se modifica. A inclina<;iio e maxima no meio da curva onde metade dos grupos tamponantes estiio na forma de :icido, niio dissociada, e metade na forma dissociada, basica. 0 pH neste ponto, onde a conceu tra9ao dos dois membros do par conjugado e, igual, se chama de pK do tampao. 1.8. A Hemoglobina como um Tampao: A Curva de Titula~ao da Oxihemoglobina. Uma proteina como a hemogloblna e um tampao porque a sua molecula contem urn grande numero de grupos :icidos ou b:isicos: carboxila (-COOH), amino ( NH2), amomo ( NHi) ou guanidino, (-NH-CNH- NH2 ). Podem ainda existir outros gru pas tampon antes como 0 grllpO imidazol da histidina. No ponto isoeletrico de uma proteina 0 numero de grupos ani6nicos e igual ao numero de grupos cationic os, e a carga efetiva da proteina e zero. r----- 1.8. A Hemoglobina como um Tampao Uma proteina pode ser representada esquematicamente como na figura 3. A protefna isoeletrica e mostrada com quatro grupos :icidos e quatro grupos b:isicos. Quando quatro Ions hidrogcnio sao adicionados a solU9ao, tres dos ions hidrogenio se combinam com os grupos carboxila basicos, suprimindo sua ioniza9ao e for mando grupos nao dissociados. Um dos ions hidrogenio perma nece em solu<;ao, tornando-a mais :icida. Se a protein a nao estivesse presente, todos os quatro Ions hidrogenio teriam permanecido em s01u9ao, e a acidez da solu<;ao teria aumentado mais. Inversamente, quando os grupos hidroxila sao adicionados a soluc;iio, alguns dos gropos acidos cedem seus ions hidrogenio, os quais se combinam com os grupos hidroxila para formar agua. A reduc;iio em acidez da soluc;ao nao e tao grande quanto seria se a proteina estivesse ausente da solu9ao, evitando ou reduzindo as modificac;6es de con centra<;iio hidrogenionica quando acido e adicionado ou removido da solw;:ao. +H3 N +H3 N +H3 N +H3 N +H3 N coo +H3 N coo- PROTEINA ISOELJ!:TRICA carga efetlva = 0 coo- coo- T 4 H+ .....L --". +H3 N +Ha N TITULAQAO COM ACIDO caiI'ga efetlva = +3 +40H-~--r H2N H2N TlTULAQAO COM ALCALI carga eIetlva -3 + I H+ lOW + 3 H 2 0 I·'ig. 3, Reprcsentac;iio esquematica da ac;ao tamponante de uma pl'O teina. o Que Acontece no Sangue 22 Grande parte do tamponamento efetuado pela hemoglobina na faixa fisiol6gica de pH, e devido aos grupos imidazol da his tidina. Estes grupos apresentam as modifica<;6es mostradas na fi gura 4. H H /C C N~ /"" I ""NH I r rt H+ '" ...... HC=C HC=C Fig. 4. Representac;ao esquematica da ac;ao tamponante do grupo imi dazol da hemoglobina. o poder tamponante de uma proteina e expresso na sua curva de titula<;ao. A curva de titula<;ao da oxihemoglobina e mostrada na figura 5. Para obter esta curva uma solu<;ao de hemoglobin a humana foi equilibrada a 37°C com uma mistura gasosa contendo oxigenio a uma P02 de 600 mm Hg, e di6xido de carbono a uma Peoz de 39 mm Hg. 0 pH da solu<;ao foi medido. Em seguida uma quantidade conhecida de uma solu<;ao padrao de carbonato de potassio foi adicionada para remover acidos da solu<;ao. A amostra foi novamente equilibrada a 37°C com a mesma mistura gasosa e, ap6s atingido 0 equilibrio, 0 pH foi novamente medido. Para man ter a curva consistente com as outras curvas de tamponamento usadas no livro, os resultados foram apresentados em termos de acido adicionado it solu<;ao, ao inves de acido removido, como foi na realidade 0 caso na experiencia descrita. , Na faixa fisiol6gica de pH a curva de titula~ao da oxihemo globina e quase uma linha reta. A inclina<;ao da parte media da curva desenhada na figura 5 e de -7,2 milimoles de acido por miliequivalente de hemoglobina, por unidade de pH. EXEMPLO 9. Urn litro de solu<;ao de oxihemoglobina humana mantida a 37°C e equilibrada com uma mistura gasosa contendo di6xido de carbono a uma Peoz de 39 231. B. A Hemoglobina como urn Tampao II I I 4 0 '" .0 :r: ., "t:I 3 0 W E ~ ~ 2 ~ s:l 0 'S:a ~ "!r: '" "t:I :0 E mm Hg, contem 8,7 miliequivalentes de hemoglobina. 0 pH e de 7,24. Dez milimoles de acido cloridrico sao entao adicionados. Qual e 0 pH final da solu<;ao? I -0.16 pHunldadesl °L 7.0 7.1 7.2 7.56.9 Fig. 5. Curva de titulac;ao da oxihemoglobina a 37°C na presenc;a do dioxido de carbono, a uma pressao parcial de 39 mm Hg. Adaptado de resultados de Rossi e Roughton, 1967, J. Physiol. 18!!:1. (A repro duc;ao foi autorizada). Se a adi<;ao de 7,2 milimoles do acido a uma solu<;ao similar, contendo urn miliequivalente de hemoglobina por litro faz com que 0 pH. caia de uma unidade, a adi<;ao de 10 miliequivalentes de acido a 8,7 miliequivalentes causara uma queda de pH indicada pela equa<;ao: 7,2 ruM acido (-1 pH unidade) (1 mEq Hb02 ) 10 mM acido ----------------------, (x pH unidades) (8,7 mEg Hb02 ) -10/(8,7) (7,2), -0,16 pH unidades. o pH final e (7,24-0,16) ou 7,08 . ..I 14 I I I 1 1 I 1 ---------r-l,5 mM H' ~ IIII!II""" o Que Acontece no Sangue 24 Qual seria a modifica~ao de pH se a oxihemoglobina nao estivesse presente? A, adi<;ao de 10 milimoles de addo a 1 litro de solu c;ao neutra nao tamponada ]evara a concentra~ao hidroge nionica a 10 milimoles por Htro, ou 0,010M. Se nesta dilui~ao 0 coeficiente de atividade dos ions hidrogenio e igual a urn, 0 pH sera igual ao logaritmo negativo da conccntra~ao hidrogenionica. Este pH e i~uaI a 2. 1.9. A Combina~ao Direta do Dioxido de Carbona com a Hemoglobina: Compostos Carbamlnicos. Entre 25 e 30 POI cento do di6xido de carbono transportado dos tecidos para os pulmoes em urn homem em repOllSOj e trans portado como derivado carbaminico. o dioxido de carbono rcage com os grupos amino para for mar compostos carbamino, de acordo com a equac;ao R-NH2 + CO2 ;=: R-NHCOO- + H+. A reac;ao ocorre muito rapidamente e nao requer urn catalizador. o di6xido de carbono nlio reage com grupos - Nl-J j. para for mar compostos carbamino. o dioxido de carbono forma compostos carbamino com os grupos NH2 da hemoglobina, e a quantidade de carbamino for mado corn a desoxihemoglobina e maior do que a quantidade for mada com a oxihemoglobina. Isto significa que 0 grupo da hema globina que rcage com 0 di6xido de carbono e afetado pelo estado de oxigena<;:ao. dos atomos de ferro. A figura 6 mostra que a quantidade de carbamino -C0 for mado pela desoxihemoglobina e. maior do que a formada2 pel a oxihemoglobina na mesma Peol . EXEMPLOIO. Vma amostra de sangue arterial contem 9 miliequivalentes de hcmoglobina por litro, e a hemoglo bina esHi 90% saturada. A e de 40 mm Hg. QuanPeo2 do 0 sangue passa a venoso, ele se torna 45 % satllrado, e a PC02 se eleva para 45 mm Hg. Quanto dioxido de carbono e transportado como carbamino - CO no sangue arterial e venoso? 2 Primeira etapa. No ponto A da figura 6, urn miliequiva lente de oxihemoglobina transporta 0,1 milimol de car bamino CO2 quando a Peo2 e de 40 mm Hg. Desdc que a hemoglobina esta 90% saturada, existem 9(90)/100, ou seja, 8,1 miliequivalentes de oxihemoglobina no sangue 251.9. Compostos Carbaminicos arterial. Portanto, a oxihemoglobina transporta 0,10 (8,1), ou seja, 0,81 milimoles de carbamino -C02 • Para a mes rna a desoxihemoglobina transporta 0,33 milimolesPeo2 de carbamino-C02 , como indicado no ponto B. Como o sangue arterial esta 10% desoxigenado, 0 sangue con tern0,9 miliequivalentes de desoxihemoglobina que transporta 0,33(0,9), ou seja, 0,30 milimoles de carbamino CO2 ,° carbamino - CO 2 total no sangue arterial sera, portanto, 1.11 milimoles por litr~. OA •...---------------------------- -'l :r: 6 Hb 1.'11 0.3 o -'l :r: '" '" f 8. 1.'11 0.2 o \) o ~ '" ~ c.<.> 'Ii: (i) 0.1 '" ~ o I! ! I 30 40 50 Fig. 6. Rdacao entre a pressao parcial numero de milimol~s de dioxido de carbono transportado como <!a 1' bamino--C0 2 pOl' 1 miliequivalente de oxihemoglobina ou desoxihe moglobina. Curvas construfdas a partir dos resultados de Ferguson e Roughton, 1935, J. Ph:ysiol. 83 :87. (A reproducao foi autorizada.) Segunda etapa. A uma PC02 de 45 rum Hg, 1 miliequi valente de oxihemoglobina transporta 0,11 milimoles de carbamino - CO2 como esta indicado no ponto C. Desde que 0 sangue venoso esta 45% saturado, teremos 9,0(45) /100, ou 4, I miliequivalentes de oxihemoglobina em um Iitro de sangue venoso. Esta quantidadc de oxihemoglo co. extra transportado como carbamino- C02 quando a H"02 estA Inte1ramente desox1genada a Hb Hb02 I 60 pc% do dioxido de carbono e \) o Que Acontece no Sangue 26 bin a pade transportar 0,11 (4,1), ou 0,45 .milimoles de carbamino- -C02 Na mesma PeD2' 1 miliequivalente de desoxihemoglobina transporta 0,34 milimoles de carbami no.-C02, como se ve no ponto D. Existem 4,8 miliequi valentes de desoxihemoglobina no sangue venoso; que transportam 4,8(0,34), ou 1,63 milimoles de carbamino - CO2, 0 carbamino CO2 total no sangue veI!OSo e de 2,08 milimoles par litro, ou 0,91 milimoles por litro a mais do que esta presente no sangue arterial. A equa~ao (34) demonstra que para cada milimol de car bamino - COi {ormado, urn milimol de ions hidrogenio se libera. E mesmo I'rovavel que mais de um milimol de ions hidrogenio seja liberado quando urn milimol de carbamino - CO2 se forma. A razao e que os gropos amino da hemoglobina tam hem participam no equilibrio expresso na equagao H+ + R-NH2 ¢ R NH;' (35) Quando os compostos carbaminicos sao formados pela reagao entre CO2 e R - NH2 a concentra~ao de R NH2 e reduzida, e a rea ... ~1io descrita na equa~ao (35) se desloca para a esquerda. Para cada milimol de R NH 2 produzido por est a reac;ao, urn milimol adicional de ions hidrogenio se forma. A posi~ao de equilibrio descrita na equa~o (35) e tal que quando urn milimol de carba mino - CO2 6 formado no sangue em pH 7,4, 1,5 milimoles de H+ sao liberados pela hemoglobina. Destes, urn milimol e pro duzido pela reag1io da equagao (34), e 0 resto e produzido pela reagao da equ~1io (35). 1.10. A Hemoglobina como um Tampao: 0 Efeito da Desoxigena~ao. A capacidade de tamponamento dos grupos quimicos de uma proteina depende. de urn numero de fatores a16m da natureza quf mica dos grupos propriamente. A capacidade tamponante de urn grupo qualquer e influenciada pela sua posigao na moIecula pro teica, pela configura~ao das cadeias polipeptidicas, e pela natureza quimica dos grupos adjacentes. 0 grupo imidazol e outros grupos tampon antes da molecula da hemoglobina estao estreitamente asso ciados com os atom os de ferro, e sua capacidade tamponante e afetada pela situagao dos l.homos de ferro. Na oxihemog!.obina 0 oxigenio e transportado pelos atom os de ferro; e quando 0 oxi genio e removido, as modificagoes que ocorrem na estrutura e1e tronica dos atomos de ferro influenciam 0 imidazol e outros grupos tamponantes, tornando-os menos acidos. Eles se tornam menos 1.10. A Hemoglobina como urn Tampao: Desoxigena<;iio 27 dissochiveis, fixando ions hidrogenio da solu~ao. Como a hemo globina csta no lado alcalino de seu ponto isoeletrico, 0 numero de cargas negativas e maior do que 0 numero de cargas positivas, c sua carga efetiva 6 negativa. A adigao de Momos de hidrogenio aos. grupos tamponantes, aumenta 0 numero de cargas positivas e diminue 0 de cargas negativas; em consequencia, a carga efetiva negativa da hemoglobina c reduzida. A modificac;ao e mostrada na figura 7, porem, as car gas negativas da hemoglobina nao sao repre sentadas na figura< FeOz rnfiuencta Ft2+0z tornando 0 Infiuencia f grupo 1mldazol t... \.. tornando 0mitis acido grupo lmldazol ~ H menos ac1doH /CN/C""-NH N/ ""-NHt Hi' """' ""'" I I 2I I + HC=CHC=C~ o Fig. 7. Represental,(ao esquematica do efeito e desoxi genal,(3.o sobre u al,(ao tamponante do grupo Modifica~6es na dissoci~ao do grupo imidazol relacionam a capacidade tampao da hemoglobina com a sua oxigenagao e desoxigenagao. 0 efeito reciproco a relagao entre a acidez da solu~ao e a capacidade da hemoglobina de captar ou ceder oxi genio - esta tambem implicita. Urn aumento na acidez da solugao dcsvia a reac;ao mostrada na figura 7 para a direita, e 0 oxigenio e liberado. Uma reduc;ao na acidez desloca a rea<;ao para a esquer e 0 oxigenio e. fixado pela desoxihemoglobina. Consequentc mente, a curva de dissociagl1o do oxigenio e dcslocada para a din'ita por urn aumento na acideze para a esquerda por uma n dlle;IO na acidez. Esta relagao e mostrada na figura I. !\ Illodificagao na dissocia~ao do grupo imidazol e uma do sistema tampao do sangue. Durante a discussao o Que Acontece no $anguf' 28 que se segue 0 leitor devera se lembrar que (1) a desox.igenat;iio da oxihemoglobina faz com que ela se torne um acido mais fraco, removendo Ions hidrogenio da solU(;iio, e (2) a oxigena<,:,io da desoxihemoglobina faz com que eia se torne urn acidu mais forte. liherando ions hidrogenio para a soIUl,;iio. 4 deavio do pH ap6a a desoxigena<;ao. (\oj Media 0.048o .0 I3 "tI'" ~ i01 2 o ~ ions H+ que podem ser + I Ildicionados sern desvi9 do pH:' ~ cerca de 0.3 mM/mEq Hb02 .... Hb ::!: E o 6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 7.5 pH a de 39 mm aproximada de dioxido de carbono. 1967, J. PhY8'iol. 189: L (A repro autorizada.) o efeito de desoxigena~ao da hemogiohina e mostrado na figura 8, a qual contem a curva de titula~ao da oxihemoglobina dada na figura 5. Para obter a curva de titulac;:ao da desoxihemo globina, uma amostra do mesmo sangue foi equilihrada a 37°C com uma mistura gasosa desprovida de oxigcnio, mas con tendo di6xido de carbano a uma PC02 de 39 mm Hg. Como a, mistura gasosa nao continha oxigenio, a hemoglobina estava desoxigenada. o pH da solu<;ao foi medido. Em seguida uma quantidade conhe cida de uma soluc;:iio padrao de carbonato de potassio foi adicio nada ao sangue desoxigenado para remover os acidos da soluc;:iio. 1.10. A Hcmoglobina como urn 29 Uma amostra foi novamente equilibrada com a mesma mistura gasosa a 37°C, e ap6s atingido 0 equilibria 0 pH foi novamente medido. Para manter a curva consistente com as outras curvus de titula<;ao de tamp5es usadas no livro, os resultados foram apre sentados em termos de acido adicionado, ao inves de acido remo vido, como foi 0 caso real no presente experimento. Os pontos para a desoxihemoglobina foram plotados como c1rculos abertos na figura 8. A seta horizontal na figura 8 mostra 0 desvio de pH que ocorre quando a hemoglobina e desoxigenada scm qualquer modi fical,;ao na quantidade de acido adicionada ou removida por meios extern os. Esta elevac;:iio de pH IS causada pela remol;ao dos ions da solm:;ao pela hemoglobina,· a medida que cla se torna urn acido mais fraco como conseqtiencia da remo~ao do oxi genio ligado aos atomos de ferro. Ern media, a modifica~ao do pH quando a hemoglobina c transform ada, nest as condic;:5es, de inteiramente oxigenada para totalmcnte desoxigenada, e de 0,048 unidades de pH. Ao mesmo tempo em que' os Ions hidrogenio sao removidos da solu~iio pela hemoglobina, urn ntirnero igllal podera ser adi cionado il soluc;:ao, do exterior. Adic;:ao de ions hidrogenio extras, poliem evitar qualq uer eleVa«aO no pH da 801uc;:ao, como conse qiicl1cia da desoxigcnac;ao da oxihemoglobina. 1sto esta mostrado pcla scta vcrtical 1 que representa a modificac;:aoque ocorre quan (;0 a oxihemoglobina e desoxigenada e urn acido is simultanea 1I1cnle adicionado. A medida da distancia vertical entre as duas ,lIrvas mostra que para cada miliequivalente dc oxihemoglobina I"sllxigenada, aproximadamente 0,3 milimoles de acido devem ser adicionados para que 0 pH sc mantenha constante. As medidas em que a figura 8 se baseia foram feitas em de hemoglobina cuia Peol foi conservada constante no de 39 mm A 1.9 mostra que quando e desoxigenada ela forma compostos carbaminicos fons hidroQ"cnio sao liber, a oxihemo - carbono: (1) a desoxigenal;ao da hemoglobina torna a protein a urn acido mais Iraco,«liherando ions hidrogenio para a solw;ao; porem, (2) a deso .\igen~ao aa oxihemoglobina permite a formac;:ao de maior quan tidade de carbamino CO2 , os quais liberam fons hidrogenio. Na faixa de pH de 6,9 a cerca de 7,5, 0 primeiro processo fixa mais ions hidrogenio do que e liberado pelo segundo. Em conseqiicncia, otl 0 pH das soluc;:oes de hemoglobina se eleva quando a hemo g,lohina e desox'jgenada, ou devc-se adicionar acido quando a he llIoglohina e desoxigenada, sem haver modifica~ao do pH. , i I " ;' • • • • o Que Acontece no Sangue 30 Se a oxihemoglobina e desoxigenada na ausencia de di6xido de carbo no, a forma~ao de compostos carbaminicos nao ocorre, e nenhum ion hidrogenio e liberado por este processo. Se nenhum acido e adicionado a soIO(;:ao, 0 pH aumenta muito mais do que esta indicado na figura 8. Se acido e simultaneamente adicionado para evitar a mudan<;a de pH, maior quantidade de acido sera necessaria. A curva de titula~ao que pode ser obtida por desoxige na<;ao da oxihemoglobina na ausencia de dioxido de carbono e aproximadamente representada pela linha tracejada paralela as outras curvas de titula<;ao na figura 8. A seta 2, representando a distancia vertical entre a linha tracejada e a curva de titula<;ao da desoxihemoglobina, mostra a magnitude do efeito antagonistico exercido pela forma<;ao de compostos carbaminicos. 1.11. Transporte do Dioxido de Carbono no Sangue: Aspectos Qualitativos. o sangue arterial que chega aos tecidos contem uma taxa alta de oxihemoglobina e baixa de dioxido de carbono. Ao passar pelos tccidos, a oxihemoglobina libera oxigenio para 0 tecido, e este 1 libera di6xido de carbono para 0 sangue. 0 dioxido de carbono produzido pelos tecidos e provavelmente transferido ao sangue na t\ forma de di6xido de carbono dissolvido na agua. 0 di6xido de carbono se difunde no plasma, onde tres eventualidades ocorrem: 1. A fra<;ao maior do di6xido de carbono se difunde atraves do plasma Dara os eritr6citos, onde mecanismos de tamponamento idio interagir com ele. !2. 0 di6xido de carbona dissolvido forma algum carbamino - CO2 com as protcinas do plflsma. Como existem poucos amino gru pos nas proteinas plasmaticas capazes de combinar com 0 di6 xido de carbono, somente 0,5 milimoles de di6xido de carbono, no maximo, sao transportados como carbamino -C02 no plas ma. Os compostos carbamfnicos do plasma nao sao afetados pelo estado de oxigena<;ao do sangue, e a quantidade de car bamino - CO2 plasmatico nao se modifica significantemente quando 0 sangue se torna venoso. 3. 0 restantc do di6xido de carbono dissolvido permanece no plas ma. 0 di6xido de carbono dissolvido reage com a agua de acor do com a equac;:ao CO2 + H 2 0 ¢ H 2C()3' (36) -!:" 1 I 1.11. Transporte do Carbono: Aspectos Qualitativos 31 A combina<;ao do di6xido de carbono com a agua para formar acido carbonico e chamada de hidratariio do dioxido de car bona, e a reac;ao inversa e chamada de desidratat;iio. 0 equi librio da reac;ao e forte mente predominante para a esquerda, e no plasma a concentrac;ao de di6xido de carbono dissolvido e cerca de 1.000 vezes maior do que a concentrac;:ao de acido carbonico. 0 aumento na concentrac;aode di6xido de carbono dissolvido que ocorre quando 0 sangue se torna venoso desloca a rea<;ao ligeiramente para a direita, e uma pequena quantidade de di6xido de carbono e hidratado para formar acido carbonico. pequena quantidade de acido carbonico formado, se ioniza de acordo com a equa~ao H 2C03 ~ H+ + HC03· (37) Os Ions hidrogenio produzidos pela ionizaC;ao do acido carbO- nico sao tamponados pelos sistemas tamp6es plasmaticos, que sao relativamente fracos, com uma ligeira queda no pH do plas ma. Os fons bicarbonato produzidos, permanecem no plasma. Estas rea~6es estao esquematizadas na figura 9. • 'l'ECIDOS • PLASMA • ERITR<)ClTOS • • .-.C0 2 • · ~-' . Transportado como cOzd1sllo1vldo C02_ dlNii(o.C02. 4 1 t u i A Q : •.C02 dlssolvldo ~.. . . • • • • • desp]rezlvel • • • • ~"N/////////////l"//z:rh77"A'Vff/r47//./!r'l??'i'7'"~Mffff..,;r- • I"i,~. n. Represental;ao esquematica dos proccssos que ocorrcm quando o di6xido de carbono passa dos tecidos para 0 plasma. o dioxido de carbono que difunde para dentro dos eritrocitos ,. Iransportado de tres maneiras: (Illia parte fica no eritr6cito como dioxido de carbano dissol vIIIII. o Que Acontece no Sangtle 32 2. Uma fra~ao considenivel do di6xido de carbono se eombina com a hemoglobina para formar carbamino -C02 , A medida que a oxihemoglobina se na transferencia de oxif!enio os tecidos, ela se torna capaz de combinar com r crescentes de di6xido de carbono. Quando os compostos car ! bamino sao formados com a hemoglobina, os ions hidrogenio sao liberados, conforme explicado na seeao 1.9. Os ions hidro genio sao tamponados dentro dos critrocil<lS pela hemoglobina. 3. A maior poreao do di6xido de carbono qUl~ entra nos eritr6citos e hidratada para formar acido carhOnico. 0 qual, em seguida, se ioniza formando ions hidrogenio e ions bicarbonato. Estas rea((oes ocorrem porque os produtm de sao removidos do eritrocito, a medida que se formam, pOI intermedio de dois ~ ....n{"'Po<C'C'Ac.:: a . a maioria dos ions hidro bicarbonato difunde para 0 ions hidrogenio provenientes da format;ao de carba mino e da ioniza~ao do acido carbonico sc combinam com os grupos tampon antes da motecula da hemoglobina. efctuando a sua titula((ao na dire((ao aeida. Este j)rocesso e indicado pela seta que vai do ponto A ao ponto B, na figura 10. A titula((ao da hemoglohina e acompanhada por uma pcquena qucda no pH do [ sangue. Ao mesmo tempo, di6xicfo de carhono csta passando dos teci dos para 0 sangue, alguma oxihemoglobina esta sendo desoxigenada e a desoxigena<;ao da oxihemoglobina a torna urn acido mais fraco. os ions hidrogenio sao fixados peIa desoxihe- Este proCtSSO e mostrado na figura 10 pela seta do C, que representa a quantidade de ions hidro urn miliequivalente da oxihcmogJobina· esta Ambos os processos - titula((ao da hemoglobina e sua deso xigena((ao ocorrcm simultaneamente, e a capacidade efetiva de tamponamento dos ions hidrogenio e representada pela seta do ponto A ao ponto C. A lei cia ncutralidade clctrica das solu((oes. sc aplica ao con teudo dos eritrocitos. Deve haver a mesmo numero de cargas ioni cas positivas que 0 de cargas ionicas negativas. A hemoglobina. antes de tamponar os ions hidrogenio. tern urn certo numero de cargas negativas efelivas, Estas cargas negativas sao contra balan ((adas por cargas posilivas dos cations que existem dentm dos eri ions s6dio e ele for~a urn numero bicarbonato. Os ions hidro e a carga negativa efetiva 1,11. Transporte do Cat'bono: Aspectos Qualitativos 33 ~ cr w E l:l Po ~ g tI :a '" + J: ~ '" ::;: E o Total de H+ tamponado POI' ImEq de hemogloblna 7.3 pH . 7.4 da hcmoglobina se em comequencia. Os Ions s6dio e potas ·;U) sao entao halanceados eletricamente contra os anions bicar ""nato formados, e a neutralidade eletrica da solu((ao e mantida. Os Ions bicarbonato dcntro do eritr6cito estao em equilibrio "lllll os ions bicarbonato do plasma. Como resultado das modifi .-;1(;(,1C8 que ocorrem quando 0 sangue arterial se tornavenoso, a "Ollccntra<;ao de hicarbonato dos eritr6citos aumenta, e nao mais sc cncontra fm equilibrio com a do plasma, Conseqlientemente, os ions bicarbonato se difundem dos eritr6citos para 0 plasma. Uma v('z que os Ions bicarbonato estao carregados negativamente, a IWld ralidade eletrica dos eritr6citos e plasma sera desfeita a nan :.n que urn dos seguintes oc-olTa: ou urn Ions positivamente teria que difundir do 'ara 0 plasma, ou urn numero iguaI de ions negativa 1....1I1e feria que passar do plasma para dentro dos eritrocitos. A ~~ o Que Acontece no Sangue 34 membrana dos eritrocitos e impermeavel aos cations, pelo menos durante 0 curto esoa<;o de tempo em que estas trocas ocorrem, e uma difusao de anions para dentro do eritrocito e 0 processo que ocorre. Os anions disponfveis no plasma sao ions cloreto, e os ions clorcto difundem entao para dentro do eritr6cito, a medida que os Ions bicarbonato difundem para 0 plasma. Esta troca, 0 desloca mento (ou oscila<;ao) dos cloretos, continua ate que se atinja 0 equilfurio. Como result ado, a concentra<;ao de bicarbonato no rna aumenta, e uma grande parte do di6xido de carbono adicionado ao sangue venoso e transportado no plasma. Este e 0 resultado, nao do fraco poder tamponante do plasma, mas do elevado poder de tamponamento da hemoglobina dentro dos eritrOcitos. o plasma e os eritrocitos estao em equilibria osmotico. 18to significa que cada volume de agua plasmatica con tern 0 mesmo nUmero de partfculas osmoticamente ativas que as existentes em igual volume de agua dos eritrOcitos. As partfculas osmoticamente ativas sao, principalmcnte, os pequenos ions como 0 sodio, potas sio, cloreto e bicarbonato. As proteinas plasmaticas e a hemoglo bina, st:ndo moleculas muito gran des, tern pequena atividade osmo tica c somente 0,4 por cento da pressao osmotica do plasma e eritrociios, e 0 resuItado da prcsen<;a destas moleculas. Quando a . di6xido de carbono e adicionado ao sangue e passa pelas rea<;oes descritas acirna, urn dos resultados e que 0 numero efetivo de car t gas negativas da hemoglobina e reduzido,sendo substitufdas por cargas negativas dos ions c1oreto e bicarbonato. Estes ions sao osmoticamente ativos, enquanto que as cargas da hemoglobina que foram substituidas por eles, tinham atividade osm6tica desprezivel. Como resuItado, a pressao osm6tica do interior dos erjtrocitos aumenta, e eles ja n~o se encontram em equilibrio osmotico com o plasma. Para restabelecer 0 equilibrio, ocorre deslocamento de agua do plasma para a interior dos eritrocitos. Em conseqiiencia, os eritrocitos intumecem ligeiramente quando 0 sangue arterial se torna venoso. As modifical;oes que ocorrem nos eritr6citos a medida que ocorre 0 tamponamento do dioxido de carbono estao mostradas na figura 11, a qual, juntamente com a figura 9, descreve quanti tativamente os eventos que ocorrem nos capilares tissulares. Os processos inversos ocorrem nos pulmoes a medida que 0 sangue cede di6xido de carbono e capta oxigenio. As velocidades em que tndas estas rea<;oes se processam, nao tern efeito sobre 0 equilibrio fjnalrnente atingido, desde que 0 equi librio final e 0 mesmo, seja ele atingido rapida ou lentamente. Todavia, a velocidade da circuJa<;ao do sangue estabeleceum tempo limite dentro do qual as rea<;6es precis am ocorrer. Os eritrocitos passam menos do que urn segundo nos capilares do pulmao, e 1.11. Transporte do Carbono: Aspectos Qualitativos 35 TECIDOS PLASMA ERITR6CITOS _ T:mnsportado • ~C02 como cO:? • - "..,,-- dlssol vido cozkd!fUs501CodC d I t u s It 0=tC~2, • CD2 trans • portado .no plasma como - resulta.do • do tampa .namento da hemo "globlna 021 02 ...-g,.- Ff /.~ / c tamponada fl"% /' "" H' pel a Hb +/ ~ N NH .H,N N Oarbam1no II 'I· " 'to I I: lt1'ormado +H' HC=E32---+N~=CH H<O I H,O I"i~. 11. Hepl'csenta"ao esquematica dos processos que ocorrem quando o dioxido de carbono passa dos tecidos para os eritrocitos. durante este curto periodo as real;oes que liberam 0 dioxido de carbono do sangue venoso para 0 ar alveolar devem ocorrer. Todas as rea<;Oes, com uma unica exce<;ao, sao muito rapid as. A exce(,:ao c a hidrata<;ao e desidrata<;ao do dioxido de carbono descrita na rqua<;ao (36). Na ausencia de urn catalisador, esta rea<;ao e muito lellta. Se a velocidade de desidrata~ao do addu carbonico, nao catalisada, fasse a rea<;ao limite da serie, a libera~ao do dioxido de carbono dos eritrocitos nos pulmoes necessitaria 100 segundos para atingir 90 por cento de rendimento. Quase todo 0 di6xido de carbono que e hidratado ou desi dratado quando 0 sangue capta au cede dioiido de carbono, sofre cstas rea<;oes dentm do eritrocito, onde esta presente a hemoglo hina. Conseqiientemente, quando 0 dioxido de carbono ehidratado, os Ions hidmgenio liberados pela ioniza<;ao subseqiiente do acido carbonico sao prontamente tamponados; e, quando ele e dcsidra os Ions hidrogenio que devem ser forneeidos para combinar ('om os fons bicarbonato, sao provenientes da ioniza~ao da hemo I'Johilla. Os eritrocitos, mas nao 0 plasma;contem uma concentra<;ao • H20'" anidrasl carb6n1ca H2CQa • 1 HCO-+-r-- HC,?, + WI l C02 transpor-. ) -tado noe .erttr6cltoecomo CI I CI- HC03 • • HbO. desoxlgenada a Hb'f http:resulta.do o Que Acontece no Sangue 36 elevada da enzima anidrase carbonica que catalisa a hidrata<;:iio e dysidrata<;ao do dioxido de carbono. Como resultado da presen<;:a desta enzima, a rea<;:ao dentro dos eritrocitos ocorre muito rapida mente, e 0 di6xido de carbona e captado dos tecidos ou liberado para os alveolos, dentro do tempo permitido pela velocidade de circula<;:ao do sangue. A anidrase carbonica, como todas as outras enzimas, simplesmente acelera a velocidade em que 0 equilibrio e atingido. Os est ados de equilibrio, e real;(oes de tamponamento que ocorrem no sangue, seriam a~ mesmas se a anidrase carbonica nao estivesse presente mas, neste caso, as rea<;oes que depend em da hidrata<;ao e desidrata<;ao do di6xido de carbono nao poderiam ocorrer no curto espa<;o de tempo que os eritr6citos passam nos capilares dos tecidos e do pulmao. 1.12. Transporte do Di6xido de Carbono no Sangue: Aspectos Quantitativos. Os resultados na tabela 1 mostram a distribuil;(ao do di6xido de carbono em amostras de sangue arterial e venoso retirados de urn homem normal em repouso. A primeira linha da tabela mostra o sangue arterial con litro. 0 sangue 1,68 mili tern 21,53 milimoles de di6xido de venoso con tern 1 milimoles por moles, e a quantidade transportada dos por um litro de sangue. Dc urn Iitro de sangue, 60 por cento e plasma. e 40 por cento e de critr6citos. Os 600 mililitros de plasma do sangue arterial contem um total de 15,94 milimoles de di6xido de carbono, e os 600 ml de plasma vcnoso contem urn total de 16,99 milimoles. A diferen<;a, 1,05 milimoles, e a quantidade de di6xido de carbono transportada no plasma, dos tecidos para os pulmoes. Isto equi vale a 62 por cento do total transportado. Destes 1,05 milimoles, somente 0,09 milimol e transportado como di6xido de carbona dissolvido, e a restante - 0,96 milimol e transportado como Ion bicarbonato. Os 400 mililitros de eritrocitos em urn litro de sangue trans portam 0,63 milimoles de di6xido de carbona dos tecidos para os pulmocs. Destes 0,63 milimoles, somente 0,05 milimales sao trans portados como dioxido de carbono dissolvido, 0,13 como fons bicarbonato e 0 restante como carbamino -- CO 2 , Estes resultados mostram que a maior fra<;ao do di6xido de carbano e transportada no plasma. Entretanto, dentro do eritr6cito. c responsavel pelo transporte da maior parte do carbono. 1.12. Transporte do Carbono: Aspectos Quantitativos 37 Tabela 1 cento. carbono em urn litra de humane normal. de hemoglobina por IItro e Um hemat6crito Arterial Veno8o CO2 total em 1 litro de sangue 21,53 23,21 +1,68 CO2 total no plasma de 1 litl'o de sangue(600 mililitros) Como di6xido de carbono dis- sol vi do Como ions bi<!arbonato pH Cargas negativas efetivas nas 15,94 0,71 15,23 7,455 16,99 +1,05 0,80 +0,09 16,19 +0,96 7,429 -0,026 CO2 total nos eritr6<!itos de 1 litro de sangue (400 mililitros) Como dioxido de carbono dis solvido Como carbamino-I CO2 Como ions bicarbonato Carg:as I1Pg'ativas efetivas de ( hl'lIloldohina iOlls ,,]on-(o 6,22 +0,63 0,39 +0,05 1,42 +0,45 4,41 +0,13 21,15 -1,45 18,98 +0,87 J. Henderson. Blood foi autorizada.) volume especificado. Press: New exceto 0 de A.V.B.. Haven, 1928). pH. sao em -0,09 -0,87 5,59 0,34 0,97 4,28 22,60 18,11 A quantidade de acido carbonico formado no plasma e tam ponado pelas proteinas, pode ser avaliado a partir da medida do pH plasmatico e da modifica<;:ao no numero de cargas negativas das proteinas. As protefnas plasmaticas sao tituladas na dire<;ao acida ate que 0 pH se reduza de 0,026 unidades, elas irao captar 0,09 milimoles cit: ions hidrogenio. Estes ions hidrogenio sao pro vcnientes do acido carbonico formado no plasma, e os ions bicar bonato resultantes da forma<;ao e tamponamento do acido car bonico sao transportados no plasma. Todavia, urn total de 0,96 milimoles de bicarbonato sao transportados no plasma. A diferen<;a entre 0,0ge 0,96 milimolcs, ou seja, 0,87 milimoles, sao transpor tados no plasma porque ions hidroe.enio fonnados ao mesmo ~ao tamponados dentro dos A contribui<;:ao da hemoglobina no trans porte do di6xido de carbono pode ser compreendida de urn estudo da parte inferior da lahcla 1. Urn total de 1,45 milimoles de Ions hidrogenio sao for mados dentro dos eritrocitos, e 0 numero efetivo de cargas nega I(vas da hemoglobina se reduz desta quantidade. Da diminui<;ao lolal de cargas negativas, uma redu<;:lio de 0,45 milimoles oc()rre -----~-- ........ o Que Acontece no Sangue 38 devido Ii. forma~ao de carbamino -C02 , Quando 0,45 milimoles de carbamino - CO2 sao formados, 0,45 milimolcs de fons hidro genio sao liberados do grupo R-NHCOO-, e 0 tamponamento desta quantidade de ions hidrogenio diminue, de urn valor igual, as cargas negativas da hemoglobina. Se, como foi descrito na segao 1.9, IOns hidrogenio adicionais sao liberados de grupos R - NHt durante a formagao dos compostos carbamino, esta reagao nao afeta as cargas negativas da proteina, porque os ions hidrogenio sao simplesmente transferidos a outros grupos tamponantes da molecula de hemoglobina. 0 restante da modificat;ao das cargas efetivas da molecula de hemoglobina ocorre quando os ions hidro genio sao liberados pelo acido carbOnico. Esta reagao produz 1,00 milimol de ions bicarbonato, e is responsavel pela redugao de 1,00 milimol de cargas negativas da hemoglobina. A redu<;ao total de cargas e portanto de 1,45 miIimoles. De 1,00 milimol de bicarbo nato, 0,87 difunde para 0 plasma em troca de ions doreto. A quantidade total de dioxido de carbono transportada dos teddos para os pulmoes e., neste exemplo, de 1,68 milimoles. Deste tota] , 1,45 milimoles sao tampon ados pela hemoglobin a, sendo a hemoglobin a sozinha responsavel pelo transporte de 83 por cento db dioxido de carbono. 1.13. Equa~iie$ Fundamentais. Na descrigao quantitativa subseqiiente do transporte de di6 xido de carbono pelo sangue, um sistema convencional de simbolos sera usado. Todas as quantidades incluidas em co1chetes represen tam concentra~Oes. As letras pee colocadas it direita e abaixo de um valor, indicam concentrar;oes no plasma e ,critrocitos, respecti vamente. Assim, 0 termo [HC03"]psignlfica a concentrar;ao de bicarbonato no plasma. o dioxido de carbono total do plasma existe em tres formas: dioxido de carbono dissolvido, <icido carbOnico, e fons bicarbo nato. Conhecendo-se 0 conteudo total de dioxido de carbona do plasma e seu pH, a concentrar;ao do bicarbonato e a pressao par cial de di6xido de carbona pode ser calculada. Quando urn gas se dissolve em um liquido, a concentragao do gas no liquido ediretamente proporcional it pressao parcial do gas. Para 0 dioxido de carbono no plasma, este fato e representado pela equa~ao [C02 dissolvido]p d Peo, (38) em que a' e a constante de proporcionalidade. ~ 1.13. EquaQOes Fundamentais 39 o dioxido de carbono dissolvido esta em equilibrio com 0 <icido carbOnico, como esta expresso pela equa«;;ao CO2 + H 2 0 ~ H2C03 • (39) Como a concentra<;ao de dioxido de carbona dissolvido is direta mente proporciona'l a PC02' a concentragao de acido carbonico deve ser tambem diretamente proporcional a eta. Se 0 dioxido de carbona dissolvido e as concentragoes de acido carbonico sao am bas proporcionais it Peo2 , sua soma tambem sera. Este fato pode ser expresso pela equa«;ao [C02 dissolvido + H2 C03]p a Peoz . (40) o equilibrio representado pela equa9ao (39) e bastante deslocado para a esquerda, e no plasma a concentra~ao de dioxido de carbona dissolvido e cerca de 1.000 vezes maior do que a concentragao de acido carbonico. Resumindo,o termo [C02 dissolvido + HzCO,] pode ser escrito como [C02], sendo este termo compreendido como a soma das concentragoes do dioxido de carbono dissolvido e acido carbonico, das quais a concentragao de dioxido de carbona dissolvido is muitas vezes maior. Nas equagoes subseqlientes 0 sfm bolo [C02 ] tera 0 significado que indicamos acima. Usando esta defini~ao, a equag8.o (40) pode ser escrita [C01]p (41)aPeo2 ' A constante de proporcionalidade a, nesta equa~ao is somente urn pouco diferente numericamente da constante a' na equa<;ao (38). o acido carbonico se ioniza de acordo com a equat;ao H 1C03 HC03 + (42) Pode ser demonstrado teoricamente e confirmado experimental mente que a relar;ao entre as substancias representadas nesta equa pode ser expressa pela lei de a9ao das massas: 0 produto das concentrasoes das substancias colocadas it direita, dividida peta con ccntra~iio da substancia colocada it esquerda e igual it uma cons lante. [H+][HC93"} K'. (43) [H1C03] i\ concentragao do <icido carbonico e proporcional a concentra<;ao do dioxido de carbona dissolvido. Conseqlientemente, 0 termo [Ill C03 ] pode ser substituido pelo termo [C02] no denomina dm, C 0 valor numerico da constante se modifica ~lc~:~~2:::~_ K. ..- •...- o Que Acontece no Sangue 40 Tomando 0 logaritmo de ambos os lados da equacao, teremos [H+][HCO-] (45)log -~ [CO~T_L log K. de duas quantidades e a soma dos quantidades, assim [HC();-] = log K. (46)+ log [C0 ] 2 Transpondo, resulta +] J K I [HeO;-], (47)1og [H og og -rCOzr Mudando os sinais de ambos os lados. temos [HCO;-] + 1= K + (48)-[C62T Desde que -log [H ] e 0 pH, e -log K e chamado de pK: 10 [!fCQiJ.pH = pK + g [C0 ] (49) 2 o pH do plasma pode ser medido, mas nao existeOl metodos ana lfticos diretos para a determinaGao da concentracao do bicarbonato e do dioxido de carbono dissolvido. As duas quantidades que po dem ser medidas sao a concentraGao de dioxido de carbono total e a PCO2' De acordo com a equa9ao (41), a eoncentra9ao do di6xido de carhono dissolvido is dirctamente proporcional a Pco,' POI·tanto, 0 termo (a pode ser substituldo no denominador da cquaGao (49), pH = pK + log (50) o dioxido de carbono total do plasma e a soma das concel1tracoes do bicarbonato c di6xido de carbono dissolvido. Se a coneentracao do dioxido de carbono total for conhecida, a conccntracao de bicarbonato pode ser calculada por sllbtra<;:ao: (51 ) (52) Substituindo a equa~ao ) na ultima equ3l;ao, teremos 1.14. Parti<;lio do Dioxido de Carbono no Plasma 41 --a (53) Substituindo 0 termo a direita na equa~ao , resulta pH = pK + log (54) Esta equa~ao contem duas constantes, cada uma das quais pode ser medida. Quando a equaCao e aplicada ao plasma a tem peratura corporal, 0 valor [Total CO2 ]p e expresso em milimoles por litra, e a Pco, em mm Hg, 0 valor de pK = 6,10* e a 0,0301. Portanto, (55)+ A equa<;ao final contem
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