Homeostasia do PH

Prévia do material em texto

Homeostasia do PH
Vanessa Silva | Fisiologia Renal | 
6
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, se comparado com a concentração de outros íons.
Devido ao fato de a concentração de H+ no corpo ser tão baixa, ela geralmente é expressa em uma escala logarítmica de pH de 0 a 14, na qual um pH de 7 é neutro (nem ácido nem básico). 
Se o pH de uma solução é menor que 7, a concentração de H+ é maior que 1 x 10 -7 M, e a solução é considerada ácida. 
Se o pH é maior que 7, a concentração de H+ é menor que 1 x10 -7 M, e a solução é considerada alcalina (básica). 
O pH normal do corpo é de 7,4, ligeiramente alcalino. Uma mudança de 1 unidade de pH representa uma mudança de 10 vezes 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 reflete o pH intracelular, e vice-versa.
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.
Os líquidos do corpo que são “externos” ao meio interno do corpo, como os localizados no lúmen do trato gastrintestinal ou nos túbulos renais, podem ter um pH que excede bastante a faixa normal. A secreção de ácido no estômago, por exemplo, pode reduzir o pH gástrico para cerca de 1. O pH da urina varia entre 4,5 a 8,5, dependendo da necessidade do corpo de excretar H+ ou HCO3-.
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 da sua forma tridimensional. Mudanças na concentração de H+ alteram a estrutura terciária de proteínas através da interação com ligações de hidrogênio dessas moléculas, alterando a estrutura tridimensional das proteínas e suas atividades.
Um pH anormal pode afetar significativamente a atividade do sistema nervoso.
Se o pH é muito baixo – uma condição denominada acidose –, os neurônios tornam-se menos excitáveis, resultando em depressão do SNC. Os pacientes tornam-se confusos e desorientados e, então, entram em coma. Se a depressão do SNC progride, os centros respiratórios deixam de funcionar, levando à morte.
Se o pH é muito alto – uma condição denominada alcalose –, os neurônios tornam-se hiperexcitáveis, disparando potenciais de ação mesmo frente a pequenos sinais. Essa condição se manifesta primeiro por alterações sensoriais, como falta de sensibilidade ou formigamento, e depois por abalos musculares. Se a alcalose é grave, as contrações musculares tornam-se sustentadas (tetania) e paralisam os músculos respiratórios.
OBS: Distúrbios do equilíbrio acidobásico estão associados com distúrbios 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+ utilizando uma H+-K+-ATPase. Na alcalose, os rins reabsorvem H+ e excretam K+. O desequilíbrio do K+ geralmente se manisfesta como distúrbios em tecidos excitáveis, principalmente no coração.
Os ácidos e as bases no corpo são provenientes de muitas fontes
No funcionamento diário, o corpo é desafiado pela maior ingestão e produção de ácidos do que de bases. 
Íons hidrogênio são oriundos da alimentação e do metabolismo interno. 
A manutenção do balanço de massas requer que a ingestão e a produção de ácido sejam equilibradas pela excreção de ácido.
GANHO DE ÁCIDOS
Muitos produtos do metabolismo e alimentos são ácidos orgânicos que se ionizam e contribuem para a liberação de H+ nos fluidos corporais.
Exemplos 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 a cada dia gera uma quantidade significativa de H+, a qual precisa ser excretada para a manutenção do balanço de massas.
Diversas condições anaeróbias graves, como choque circulatório, produzem tanto lactato que os mecanismos homeostáticos não conseguem realizar a sua excreção, resultando em um estado de acidose láctica.
A maior fonte diária de ácidos é a produção de CO2 durante a respiração aeróbia. O dióxido de carbono não é um ácido, uma vez que não contém nenhum átomo de hidrogênio. Entretanto, 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 do organismo, a reação ocorre de forma muito rápida, devido à presença de uma grande quantidade de anidrase carbônica. Essa enzima catalisa a conversão de CO2 e H2O a H+ e HCO3+.
O CO2 do metabolismo em repouso produz cerca de 12.500 mEq de H+ a cada dia.
GANHO DE BASES
Nossa dieta e nosso metabolismo têm poucas fontes significativas de bases. 
Algumas frutas e vegetais contêm ânions que são metabolizados a HCO3+, mas a influência desses alimentos é superada de longe pela contribuição de frutas ácidas, aminoácidos e ácidos graxos.
Segundo, os desequilíbrios acidobásicos decorrentes do excesso de ácido são mais comuns do que os que ocorrem por excesso de base. Por essas razões, o corpo utiliza muito mais recursos para a remoção do excesso de ácidos.
A homeostasia do pH depende de tampões, dos pulmões e dos rins
Existem três mecanismos:
	
Tampões
	
1 ª linha de defesa
	Sempre presentes, esperando para impedir grandes oscilações do pH
	
Ventilação Pulmonar
(CO2)
	
2ª linha de defesa
	Resposta rápida regulada reflexamente que pode controlar cerca de 75% dos distúrbios do pH
	
Regulação Renal
(H+ e HCO3-)
	
3ª linha de defesa
	Mais lentos mas muito eficientes ao enfrentar qualquer distúrbio de pH restante, sob condições normais.
Sistemas tampões incluem proteínas, íons fosfato e HCO3+
Um tampão é uma molécula que atenua, mas não previne, alterações no pH através da sua combinação com H+ ou da liberação desse íon.
Na ausência de tampões, a adição de ácido a uma solução causa uma grande mudança no seu pH. Na presença de um tampão, a mudança de pH é moderada ou pode ser 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+.
Os tampões são encontrados dentro da célula e no plasma. 
Tampões intracelulares:
1. Proteínas celulares
2. Íons fosfato (HPO42)
3. Hemoglobina
Tamponamento da Hemoglobina
O eritrócito em troca por um íon de bicarbonato por um de Cl- plasmático, esse processo é chamado desvio de cloreto.
As grandes quantidades plasmáticas de bicarbonato produzido a partir do metabolismo do CO2 representam o sistema tampão mais importante do líquido extracelular. A concentração plasmática de HCO3+ é de, em média, 24 mEq/L, o que é aproximadamente 600 mil vezes maior do 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 qual os dois íons não aparecem no plasma na mesma concentração. O HCO3+ plasmático está, então, disponível para o tamponamento do H+ oriundo de fontes não respiratórias, como o metabolismo.
De acordo com a ação da lei das massas, qualquer mudança na quantidade de CO2, H+ ou HCO3- na solução altera a reação, até que um novo estado de equilíbrio seja alcançado. 
OBS: A água está sempre em excesso no corpo e não contribui para o equilíbrio da reação.
	
	Deslocamento para direita. Criação adicional de H+ e HCO3- 
	
	Deslocamento para esquerda. Agora, o HCO3+ plasmático pode atuar como um tampão e se ligar a alguns dos íons H+ adicionados.
	
	A concentração de H+ ainda está elevada, porém não tanto quanto estava inicialmente. A concentração de HCO3- está reduzida porque parte do bicarbonato foi utilizada como tampão. O CO2 e a H2O aumentaram.
Se tanto o H+quanto o HCO3- são adicionados ao plasma, pode-se observar mudanças no pH, mas não na concentração de HCO3-, uma vez que ela já era muito alta inicialmente. Tanto o H+ quanto o HCO3- sofrem um aumento absoluto na sua concentração, mas devido à concentração de HCO3- já ser naturalmente elevada, o aumento relativo nos níveis de HCO3- passa despercebido.
O segundo requisito para a lei de ação das massas é que, quando a reação se desloca à esquerda e aumenta os níveis de CO2 no plasma, ocorre um aumento quase instantâneo na ventilação (em uma pessoa normal). Se mais CO2 é eliminado através da expiração, a arterial pode permanecer normal ou até cair abaixo do normal como consequência da hiperventilação.
A ventilação pode compensar as alterações de pH
O aumento na ventilação recém-descrito é uma compensação respiratória para a acidose.
Mudanças na ventilação podem corrigir alterações no equilíbrio acidobásico, mas também podem causá-las. Devido ao equilíbrio dinâmico entre o CO2 e o H+, qualquer mudança na PC02 plasmática afeta tanto o conteúdo de H+ quanto o de HCO3- no sangue.
HIPOVENTILAÇÃO
Aumenta a PC02, porque acumula C02.
Expiração < Inspiração.
Equação desloca-se à direita, mais ácido carbônico é formado e a concentração de H+ sobe, gerando um estado de acidose.
Hiperventilação
Diminui a PCO2, porque elimina muito rápido.
Expiração > Inspiração.
Equação desloca-se à esquerda, o que significa que o H+ se combina com o HCO3-, formando CO2 + H2O, reduzindo a concentração de H+. A redução da concentração de H+ aumenta o pH (alcalose)
Nesses dois exemplos, você pode observar que uma mudança na PCo2 afeta a concentração de H+ e o pH do plasma.
REFLEXOS VENTILATÓRIOS
O corpo usa a ventilação como um mecanismo homeostático para o ajuste do pH apenas se um estímulo associado ao pH desencadeia a resposta reflexa. 
Dois estímulos podem fazer: 
· H+ 
· CO2
Os quimiorreceptores centrais do bulbo não podem responder diretamente às mudanças de pH no plasma, uma vez que o H+ não atravessa a barreira hematencefálica. Entretanto, mudanças no pH alteram a PC02, e o CO2 estimula os quimiorreceptores centrais. 
O controle dual da ventilação por meio dos quimiorreceptores centrais e periféricos ajuda o corpo a responder rapidamente a mudanças no pH ou no CO2 do plasma.
Os rins usam tampões amônia e fosfato
Os rins realizam aproximadamente 25% da compensação que os pulmões não podem dar conta. 
Eles alteram o pH de duas maneiras: 
· Diretamente, através da excreção ou da reabsorção de H+ 
· Indiretamente, através da alteração da taxa, na qual o tampão HCO3- é reabsorvido ou excretado.
Os rins secretam H+ no lúmen tubular utilizando mecanismos de transporte ativo diretos e indiretos.
Mesmo com esses tampões, a urina pode tornar-se muito ácida, até um pH de aproximadamente 4,5. Enquanto o H+ está sendo excretado, os rins sintetizam novo HCO3- 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 revertem o processo geral recém-descrito para a acidose, excretando HCO3- e reabsorvendo H+, em uma tentativa de trazer os valores de pH de volta para o normal. A compensação renal é mais lenta que a compensação respiratória, e seu efeito no pH pode não ser percebido antes de 24 a 48 horas. Contudo, uma vez ativada, a compensação renal controla de modo eficaz quase todas as alterações, exceto os distúrbios acidobásicos graves.
	
Trocador apical Na+-H+ (NHE)
	Transporte ativo indireto (secundário)
Entra Na+ e sai H+
Atua na reabsorção de Na+ no túbulo contorcido proximal
	Simporte basolateral Na+-HCO3-
	Transportador ativo indireto
Tira Na+ e íon bicarbonato
	H+ ATPase
	Transporte ativo
Tira H+ no néfron distal
	H+K+ ATPase
	Tira H+ e bota K+
Essa troca contribui para o desequilíbrio do potássio
	Trocador Na+-NH4+
	Tira NH4+ e bota Na+
Além desses transportadores, o túbulo renal também usa a Na+-K+-ATPase e o mesmo trocador HCO3—Cl- que é responsável pelo desvio de cloreto nos eritrócitos.
O túbulo proximal secreta H+ e reabsorve HCO3-
A quantidade de bicarbonato filtrada pelos rins ao longo de cada dia é equivalente à quantidade de bicarbonato em aproximadamente 0,45 kg de bicarbonato de sódio (NaHCO3).
A maior parte desse HCO3- deve ser reabsorvida para a manutenção da capacidade de tamponamento do corpo. 
O túbulo proximal reabsorve a maior parte do HCO3-filtrado por mecanismos indiretos, pois não há nenhum transportador apical de membrana para permitir a entrada de HCO3- nas células tubulares.
Bicarbonato é reabsorvido por duas vias no túbulo proximal
1. Via conversão da Anidrase Carbônica
2. Através da glutamina 
Primeira Via
1. O H+ é secretado pela célula do túbulo proximal para o lúmen tubular em troca de um Na+ filtrado, que se desloca do lúmen para a célula tubular. Essa troca ocorre pela ação do NHE. 
2. O H+ secretado combina-se com o HCO3- filtrado para formar CO2 no lúmen tubular. Esta reação é catalisada pela anidrase carbônica que está ligada à membrana luminal das células tubulares. 
3. O CO2 recém-formado se difunde do lúmen para a célula tubular. 
4. No citoplasma, o CO2 reage com a água para formar H2CO3, que se dissocia em H+ e HCO3-. 
5. O H+ formado no passo 4 pode ser secretado novamente no lúmen, substituindo o H+ que se combinou com o HCO3- filtrado no passo 2. Ele pode reagir com outro bicarbonato filtrado ou pode ser tamponado por um íon fosfato filtrado e ser excretado. 
6. O HCO3- formado no passo 3 é transportado para fora da célula através da superfície basolateral da célula do túbulo proximal pelo simporte HCO3—Na+. O resultado desse processo é a reabsorção do Na+ e do HCO3- filtrados e a secreção de H+.
Segunda Via
A glutamina é metabolizada nas células do túbulo proximal a alfacetoglutarato (alfa-CG) e dois grupos amino (ONH2). Os grupos amino formam amônia (NH3), e a amônia tampona o H+ para formar o íon amônio (NH4+). O NH4+ é transportado para o lúmen em troca de um íon Na_. 
O alfa-cetoglutarato é metabolizado posteriormente a HCO3-, que é transportado para o sangue em conjunto com o Na+.
O resultado da ação dessas duas vias é a secreção de ácido (H+) e a reabsorção de tampão na forma de bicarbonato de sódio, NaHCO3.
O néfron distal controla a excreção de ácido
O néfron distal desempenha um papel significativo na regulação fina do equilíbrio acidobásico. Células especializadas, chamadas de células intercaladas (células I), presentes entre as células principais são as maiores responsáveis pela regulação do equilíbrio acidobásico.
As células intercaladas são caracterizadas pela alta concentração de anidrase carbônica no seu citoplasma. Essa enzima permite que elas convertam rapidamente CO2 e água em H+ e HCO3-. 
Os íons H+ são bombeados para fora das células intercaladas tanto pela H+-ATPase quanto pela H+-K+-ATPase. O bicarbonato deixa a célula através do trocador HCO3—Cl-.
Existem dois tipos de células intercaladas, com seus transportadores sendo encontrados em diferentes faces da célula epitelial. 
Durante períodos de acidose, as células intercaladas do tipo A secretam H+ e reabsorvem bicarbonato. Durante períodos de alcalose, as células intercaladas do tipo B secretam HCO3- e reabsorvem H-.
MACETE: A de Acidose. (Na acidose precisa secretar H+)
O processo é semelhante à secreção de H+ no túbulo proximal, exceto pela presença de transportadores de H+ específicos. O néfron distal usa a H+-ATPase e a H+-K--ATPase apicais, em vez do trocador Na+-H+ encontrado no túbulo proximal.
A polaridade dos dois tipos de célula I é invertida, ocorrendo os mesmos processos de transporte, mas em lados opostos da célula.
A H+-K--ATPase do néfron distal ajuda a gerar distúrbios paralelos no equilíbrio acidobásico e no equilíbrio do K+.
Na acidose, quando a concentração plasmática de H+ é alta, o rim secreta H+ e reabsorve K+. Dessa forma, a acidose muitas vezes é acompanhada de hipercalemia.
REFERENCIAS
Fisiologia Humana – Uma Abordagem Integrada. Silverthorn – 7ª ed., 2017.