Equilíbrio Ácido-básico - Bioq Fisio

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Bioquímica Fisiológica
Equilíbrio Ácido-básico
Tópicos 1:
● Importância da regulação do volume, da composição iônica e do pH dos fluidos biológicos;
● Potencial hidrogeniônico (pH) e de sistema tampão;
● Influência da variação de pH sobre as biomoléculas e as reações em nosso organismo;
● Mecanismos utilizados pelo nosso organismo para manter o pH dentro de seus limites;
● Sistema tampão bicarbonato (pKa= 6,1) como principal tampão do plasma sanguíneo;
Composição Iônica dos Principais fluidos Corporais
A concentração de cátions e ânions que estão
presentes nos três principais fluidos corporais:
● Plasma - O sódio (Na+) representa o principal
cátion, e o cloreto (Cl-) como o principal ânion, e em
seguida o bicarbonato (HCO3-);
● Fluido Intersticial - Muito similar ao plasma, com
as mesma características;
● Fluido intracelular - Distinto do plasma e do fluido
intersticial, porque o principal cátion é o potássio
(K+), e os principais ânions são representados por
fosfato (PO4 3-) e proteínas;
Introdução
● As atividades metabólicas normais dos organismo superiores exigem uma regulação
rigorosa do volume, composição iônica e pH dos líquidos biológicos;
● Capacidade dos animais em manter a composição dos líquidos biológicos constante,
sendo uma das mais importantes conquistas da evolução (independência das
modificações do meio ambiente);
Equilíbrio Iônico da água e potencial hidrogeniônico (pH)
O pH está relacionado ao equilíbrio iônico da água, que por sua vez está relacionado a
reação de ionização da água, onde ocorre a conversão de uma molécula de H2O nos seus íons,
H+ (próton) e OH- (hidroxilas).
E o produto iônico da água é igual 10-14 ([H+] [OH-] = 10-14) (x 1/x inverso)
No logaritmo (Log) chega a uma equação:
Ou seja, o pH sempre irá variar de 0 a 14, pois a soma do pH + pOH é igual a 14.
Potencial hidrogeniônico (pH)
O pH é definido como o log decimal do inverso da [H+] ou logaritmo negativo da [H+] em
mol/L (mesma coisa).
● A [H+] de uma solução é quantificada em unidades de pH;
● [H+] entre 100 e 10-14, ou seja, varia de 0 a 14;
pH - Função logarítmica e, portanto, mudanças
aparentemente pequenas de pH correspondem a
grandes variações da [H+]; Embora, algumas
variações do pH possam parecer pequenas, no
geral não é, muito pelo contrário, pequenas
variações no pH, tem grandes mudanças.
Ex.: Supor que o pH 7,4 diminuiu para pH
7,1, ou seja, uma variação de 0,3 unidades de pH,
uma variação aparentemente pequena, no entanto
a concentração de H+ no pH 7,1 é o dobro do que
seria no pH 7,4.
Como a escala é logarítmica do inverso da
[H+], se o valor do ph muda em uma unidade, a
concentração de H+ aumenta ou diminui em 10
vezes;
Então, se houver um aumento da [H+] em uma
unidade, a [H+] irá diminuir em 10x. E se houver
uma diminuição da [H+] em 3 unidades, irá aumentar em 1000x.
Importância Fisiológica do pH
A conformação das biomoléculas é dependente do pH, ou seja, o pH interfere
diretamente na conformidade das
moléculas de uma maneira em geral, com
destaque para as proteínas, e em especial
para enzimas, como mostra o gráfico ao
lado.
Neste gráfico, observa-se a
interferência do pH no percentual
máximo da atividade enzimática. As três
enzimas mostradas possuem picos de
atividade máxima em diferentes valores
de pH. Essa diferença ocorre devido a
distinção conformacional e tridimensional
de proteínas.
A maioria das reações
bioquímicas ocorre devido a interações
iônicas, que são dependentes do pH do
meio reacional.
Pequenas alterações da [H+] em
relação ao seu valor normal ocasionam
alterações pronunciadas na velocidade das reações químicas nas células;
Limites Fisiológicos e Patológicos do pH
Embora, no metabolismo celular ocorra uma produção constante de CO2 e de diversos
ácidos, o valor do pH sanguíneo em condições fisiológicas é de ~7,4, com faixa de variação
entre 7,35 a 7,45.
O pH intracelular na maioria das células é de ~7,0, porém nos eritrócitos é de ~7,2 ou
um pouco acima.
Limites patológicos de pH:
● pH do sangue < 7,35 - indivíduo está em acidose;
● pH do sangue > 7,45 - indivíduo está em alcalose;
Limites extremo de pH compatíveis com a vida - 6,8 a 7,8, ou seja, valores abaixo de 6,8 e
acima de 7,8, determinam a morte deste indivíduo;
O pH do líquido extracelular é rigorosamente regulado/controlado.
Regulação do pH - um dos aspectos mais importantes da homeostasia (manutenção das
condições constantes, ou estáveis, do meio interno), de maneiro que possa garantir que as
reações químicas ocorram em velocidades ideais.
Regulação do pH = equilíbrio entre a entrada ou a produção de H+ e a livre remoção desses
íons do organismo.
Resumindo: Existe uma faixa de pH considerada normal, de maneira que valores abaixo de 7,35
ou acima de 7,45 determinam zonas de perigo. O pH = 7,4 ou fisiológico possui uma [H+] =
0,00000004 mol/L, onde qualquer alteração nesse pH sanguíneo, resulta em modificações do pH
intracelular, assim, acarretando modificações no metabolismo. Então, a regulação da [H+] é uma
garantia do metabolismo normal.
Mecanismos Responsáveis pela Homeostasia
Em animais superiores e complexos existem dois tipos de mecanismos para a
manutenção da constância do pH de seus líquidos:
1. Mecanismos Físico-químicos - sistema tampões do meio extra ou intracelular;
2. Mecanismos fisiológicos - excreção pulmonar de CO2 e excreção renal de H+ e HCO3-
(bicarbonato);
Mecanismos de Defesa frente a um excesso de ácido
Quando acontece um excesso de ácido, o organismo responde por mecanismos de defesa
distintos e em momentos diferentes.
● 1º mecanismo de resposta: tamponamento extracelular - é um mecanismo instantâneo,
tendo como principal tampão o sistema bicarbonato.
● 2º mecanismo de resposta: tamponamento respiratório - responde logo em seguida
(minutos depois) ao tamponamento extracelular, onde o excesso H+ resulta no excesso de
CO2, que posteriormente é exalado dos pulmões, sendo eliminados.
● 3º mecanismo de resposta: tamponamento intracelular - ocorre entre 2 - 4 horas após
detectar o excesso de H+, e acontece uma difusão desse excesso de H+ para dentro das
células, durante a troca por sódio e potássio.
● 4º mecanismo de resposta: tamponamento renal - ocorre após horas ou dias após a
detecção desse aumento de ácido, onde esse excesso é excretado pelos rins por meio da
urina.
Sistemas Tampões
● São substâncias presentes em uma solução que são capazes de impedir grandes
variações de pH pela adição de H+ ou OH-.
● São constituídos pela mistura, em solução aquosa, de um ácido fraco (pouco dissociado) e
sua base forte conjugada (grande tendência a captar H+ do meio).
Numa reação de ionização há sempre um par ácido-base conjugado, ou seja, para cada
doador de próton (ácido) existe sempre um receptor (base).
Nesta figura está representado:
HA = ácido fraco, fórmula geral.
Onde o ácido fraco em água, ocorre uma dissociação, formando o A-, o e H+ se combina/liga com
a H2O (água), formando H3O+.
Então, ácido fraco (a1) passa ser uma conjugado com a base (b1). E a água (b2) é base
conjugada com H3O+ (a2), que é o ácido. Com isso, pode-se inferir que são pares conugados de
ácido e base.
Mecanismos de Ação dos Tampões
Para entender o mecanismos de ação dos tampões, observe o exemplo:
Tampão Acetato: onde o equilíbrio pode ser representado pela dissociação do Ácido Acético
(CH₃COOH), ácido fraco, em Acetato, que é a base forte conjugada, e íons de H+.
Na preparação de uma solução tampão acetato, basta misturar em H2O quantidades
adequadas de ácido acético mais um sal de acetato, como exemplo, o acetato de sódio.
1- Adição de ácido ao tampão: Caso nesta solução Tampão Acetato seja adicionada um
ácido, como o ácido clorídrico (HCl), a resposta dessa solução tampão é por meio da sua base
forte (CH3COONa), que possui uma alta tendência a se ligar a H+, com isso, irá reagir com o
ácido clorídrico (HCl), formando Acetato e NaCl (cloreto de sódio). O efeito disto no equilíbrio
é que esse aumento da concentração de H+ provoca um deslocamento do equilíbrio para
esquerda,ou seja, no sentido de formar Ácido Acético novamente. Então, com o excesso de íons
H+, ocorre a captação de H+ pela base forte conjugada (A−), resultando no ácido fraco (HA) que
se dissocia pouco.
2- Adição de base ao tampão: Caso nesta solução Tampão Acetato seja adicionada uma
base, como Hidróxido de Sódio (NaOH), o resultado que pode-se obter é o Ácido Acético
(CH₃COOH), que é fraco, e que se dissocia apenas o suficiente para neutralizar a hidroxila
(OH) em excesso. Em linhas gerais, o ácido acético reage com hidróxido de sódio (NaOH),
formando Acetato de Sódio (CH3COONa) e H2O (água). O efeito disto no equilíbrio é que a
diminuição de H+, devido a presença da hidroxila (OH), força o equilíbrio para a direita, no sentido
sentido de formar Acetato (CH3COO−). Então, com o excesso de íons OH, ocorre que uma fração
do ácido fraco (HA) se dissocia APENAS para neutralizar o excesso de OH, resultando na base
forte conjugada (A−) e H2O.
Curva de Titulação de um ácido e Equação de Henderson-Hasselbach
O comportamento de uma solução tampão foi
observado durante uma titulação de um ácido fraco. A
equação de Henderson-Hasselbach se ajusta à curva
desse ácido que é formado.
A fórmula de equilíbrio químico de um ácido fraco, de
uma fórmula geral representado como HA, se dissocia
na sua base forte conjugada, que é o A−, e em H+.
A equação de Henderson-Hasselbach informa que pH de um
solução tampão é igual ao valor do pKa da substância que
compõe o tampão, mais o logarítmo da concentração da base
forte conjugada, ou do sal ou da forma dissociada, sobre a
concentração do ácido fraco ou da forma associada.
Ka = constante de dissociação/ionização - mede a força de
ionização de um ácido, ou seja, a facilidade desse ácido em
se dissociar em meio aquoso.
Essa equação acima é reescrita como pH menos pKa sendo
igual ao logaritmo da concentração da base forte conjugada, ou do
sal ou da forma dissociada, sobre a concentração do ácido fraco ou
da forma associada.
pKa = log 1/Ka
Diminuição de pKa leva ao aumento da força de ionização do
ácido.
Quando a metade da quantidade de OH (hidroxila) é adicionada durante a titulação de um
ácido fraco, a solução apresenta um valor de pH igual ao pKa do ácido. Então, na condição que
pH = pKa, observa-se que pH menos pKa valerá zero, com isso, o logaritmo dessa equação é
zero, de forma que a razão de [A−] sobre [HA] valerá 100 que é igual a 1.
Então, nesta condição tem-se a mesma
quantidade da forma associada (HA) da forma
dissociada (A−). Desse modo, pode-se observar que
valores de pH que estão próximos ao valor do pKa
apresentam uma resistência a variação de pH,
frente a uma adição de ácido ou de base, assim
denominada Zona de Tamponamento, tendo
valores de pH iguais a pKa +/- 0,5 (rigoroso) ou +/-
1,0 (flexível).
Devido a essa zona de tamponamento,
observa-se que o valor de pKa é igual ao valor do
pKa, onde o ácido está 50% dissociado, ou seja, a
concentração/quantidade de base/sal é igual ao da
quantidade do ácido, e o poder de tamponamento é máximo.
Quando os valores de pH são menores
que o pKa, substituindo na equação de
Henderson-Hasselbach, chega-se à
conclusão que o valor de logaritmo é
menor que zero.
Dessa forma, a razão entre a forma
dissociada e a forma associada é menor que 1, ou seja, a concentração de HA é maior que a
concentração de A− ([HA] > [A−]). No entanto, no lado extremo esquerdo da curva, observa-se
somente a concentração de HA.
Quando os valores de pH são maiores que
o pKa, substituindo na equação de
Henderson-Hasselbach, chega-se à
conclusão que o logaritmo da razão é maior
que zero.
Dessa forma, a razão entre a forma
dissociada e a forma associada é maior
que 1, ou seja, a concentração de HA é menor que a concentração de A− ([HA] < [A−]). No
entanto, no lado extremo direito da curva, observa-se somente a concentração de A−.
Tamponamento Extracelular (instantâneo)
Sistemas Tampões nos Líquidos extra e intracelulares
● Existem vários sistemas tampões que atuam nos líquidos extra e intracelulares
● Principais Sistemas tampões no organismo humano:
○ Interior das células - proteínas (HProt
→ Prot- + H+);
○ Sangue - tampão bicarbonato;
○ Túbulos renais - tampão fosfato;
● Para manter o pH sanguíneo dentro da faixa
estreita de 7,35 a 7,45, conta-se com
participação de 4 principais tampões:
○ Tampão bicarbonato - 60%;
○ Hemoglobina - 27%;
○ Tampão fosfato - 6,7%;
○ Proteínas - 5,7%;
Tampão Bicarbonato (HCO3-/H2CO3)
O pKa do tampão bicarbonato é de 6,1, ou seja, distante do pH fisiológico, que é de 7,4.
Sendo assim, como o tampão bicarbonato pode
representar o principal tampão do plasma sanguíneo?
Sistema Tampão Bicarbonato/CO2 é um sistema aberto
Esse tampão funciona no organismo como um sistema
aberto, onde a reação entre CO2 e H2O ocorre pela
enzima anidrase carbônica, levando a formação do ácido
carbônico (H2CO3), que posteriormente se dissocia
espontaneamente em H+ e bicarbonato (HCO3-).
Com isso, pode-se escrever a Equação de
Henderson-Hasselbach como pH = pKa (que vale
6,1) + logaritmo (Log) da concentração da base,
que é o bicarbonato, sobre a concentração de
ácido, que pode ser o ácido carbônico (H2CO3) ou
pelo dióxido de carbono.
No entanto, devido o CO2 ser um gás, a sua concentração
pode ser expressa em termos de pressão parcial de CO2, dessa
forma, o pH vai ser proporcional à razão entre a concentração de
bicarbonato e a pressão parcial de CO2.
Adição de ácido forte:
Quando se adiciona um ácido forte numa solução tampão
bicarbonato, acontece um aumento de H+ que desloca o equilíbrio para a esquerda, de forma que
o bicarbonato é consumido e o CO2 é formado.
O excesso de CO2 pode ser exalado, de forma que a razão entre a concentração de
bicarbonato e a pressão parcial de CO2 não mude drasticamente.
Adição de base forte:
Quando se adiciona uma base forte numa solução tampão bicarbonato, acontece um
excesso de hidroxila (OH), que é neutralizado pelo H+. Então, ocorre uma diminuição de H+ no
meio, assim, promovendo um deslocamento do equilíbrio para a direita, ou seja, ocorre um
consumo maior de CO2 e mais bicarbonato é formado.
Com o excesso de bicarbonato, o organismo responde com o aumento de CO2, ou seja,
mais CO2 é gerado pelo metabolismo, de forma que a razão entre a concentração de bicarbonato
e a pressão parcial de CO2 não sofre a alteração esperada.
Fatores que evidenciam a importância do sistema tampão bicarbonato/ácido
carbônico
Existem 4 fatores que evidenciam a importância do sistema tampão bicarbonato-ácido
carbônico (H2CO3):
1. Quantidade de bicarbonato (HCO3-) no líquido extracelular é maior do que qualquer outro
tampão:
Dessa forma, a relação da concentração entre o bicarbonato (HCO3-) e o ácido carbônico
(H2CO3) é de 20:1 (20 para 1).
***A principal porção do CO2 total presente no plasma, na faixa de pH fisiológico, ocorre na
forma de HCO3- (bicarbonato).
2. Suprimento Ilimitado de CO2:
Quando se aumenta o ritmo e a profundidade dos movimentos respiratórios, consegue-se
eliminar mais CO2 do organismo, ou seja, exalar mais esse CO2, assim, promovendo uma
diminuição do ácido carbônico (H2CO3), e consequentemente o aumento do pH.
Entretanto, quando há diminuição do ritmo e da profundidade dos movimentos
respiratórios, ocorre uma retenção maior de CO2 no organismo, assim, promovendo um aumento
de ácido carbônico (H2CO3),e consequentemente uma diminuição do pH.
3. Mecanismos fisiológicos de controle da [HCO3-] ou [CO2] do líquido extracelular para
manter o pH extracelular normal:
Diz respeito à possibilidade da eliminação do excesso de CO2 por meio do sistema
respiratório (respiração), e do excesso de bicarbonato (HCO3-) pela excreção renal, por
intermédio da urina.
4. O sistema tampão bicarbonato (HCO3-)/ ácido carbônico (H2CO3) opera em conjunção
com a Hb:
Acontece quando o CO2, oriundo do metabolismo celular, pode ser transportado dissolvido
no plasma, ou pode ser combinado com a Hb diretamente, formando o composto carbamino, ou
pode entrar na hemácia, reage com a água por meio da enzimaanidrase carbônica, sofrendo,
então, uma hidratação, assim, formando o ácido carbônico (H2CO3), que depois é dissociado em
H+ e bicarbonato.
O bicarbonato sai da hemácia, indo para o plasma, na troca pelo cloreto (Cl-), e o H+ se
combina à Hb, assim, evitando uma mudança drástica de pH.
Quando a hemácia chega aos pulmões, o CO2 dissolvido ou sob a forma de composto
carbamino são retirados e exalados. Com isso, o bicarbonato retorna para o interior da hemácia,
novamente pela troca do Cloreto (Cl-), ocorrendo a combinação com o H+ para formar o ácido
carbônico (H2CO3), que sofrerá a reação inversa da anidrase carbônica novamente, formando
CO2 e H2O, desse modo, esse CO2 também é exalado pelos pulmões.
Tópicos 2:
● Tamponamento respiratório;
● Tamponamento intracelular;
● Tamponamento renal;
● Distúrbios ácido-base e mecanismos de compensação desses distúrbios;
Tamponamento Respiratório (minutos)
Componentes do Tampão Bicarbonato
Pode-se considerar o pH sanguíneo como proporcional à razão entre a concentração de
bicarbonato (HCO3-) e a pressão parcial do CO2.
O bicarbonato (HCO3-) é considerado o tampão metabólico do tampão bicarbonato, sendo
suas concentrações reguladas por meio dos rins.
Já o CO2 é considerado um componente respiratório, com isso, sua concentração será
regulada pela respiração pulmonar.
Distúrbios ácido-base
Esses distúrbios são decorrentes de alterações entre a relação da razão da concentração
de bicarbonato (HCO3-) e a pressão parcial do CO2.
1. O bicarbonato (HCO3-), por ser um componente metabólico, tem
sua concentração afetada pelos ácidos produzidos nos tecidos, e
que o pH é proporcional a concentração de bicarbonato (HCO3-),
de forma que, quanto menor a concentração de bicarbonato
(HCO3-), menor será o pH, ou quanto maior a concentração de
bicarbonato (HCO3-), maior será o pH.
2. O CO2, por ser um componente respiratório, tem sua pressão
parcial dependente da frequência respiratória, e além disso, o pH é
inversamente proporcional a pressão parcial de CO2, ou seja,
quanto maior a pressão de CO2 (pCO2), menor será o valor de pH,
ou quanto menor a pressão de CO2 (pCO2), maior será o pH.
Dessa forma, conforme ilustra a figura ao lado,
podem haver dois casos de acordo com a
alteração ocorrida nas concentrações e na razão
de bicarbonato (HCO3-) e CO2.
● Acidose: Ocorre quando o valor do pH é
menor que 7,35, assim, podendo ser metabólica,
quando a causa acontece devido a diminuição da
concentração de bicarbonato (HCO3-), ou pode
ser respiratória, quando acontece o aumento da
pressão parcial do CO2 (pCO2).
● Alcalose: Ocorre quando o valor de pH é
maior que 7,45, ocasionado pelo aumento da
concentração de bicarbonato (HCO3-), sendo
,então, metabólica, ou pode ser respiratória,
quando acontece uma diminuição da pressão
parcial do CO2 (pCO2).
Regulação Respiratória do pH
Ressalva: a concentração do ácido carbônico (H2CO3) é determinada EXCLUSIVAMENTE pela
pressão parcial do CO2 (pCO2) no ar alveolar em equilíbrio com o líquido extracelular.
● Os pulmões são órgãos encarregados pela manutenção da pCO2.
● Centro respiratórios (CR) e os
Quimiorreceptores (QR): são responsáveis pela
amplitude e frequência dos movimentos
respiratórios que determinam variações da pCO2.
○ Os quimiorreceptores respondem a
baixas tensões/pressão de oxigênio (O2),
promovendo, assim, um aumento na
ventilação e, consequentemente, um
aumento nos níveis de O2.
○ O centro respiratório é acionado quando
há aumento de CO2 e/ou diminuição do
pH, assim, estimulando uma maior
ventilação pulmonar.
Os pulmões COMPENSANDO um Desequilíbrio ácido-básico
O tamponamento respiratório ocorre rapidamente, em ordem de minutos, devido a isso,
vamos entender como os pulmões compensam o desequilíbrio ácido-básico:
Relembrando: o pH é proporcional à concentração de bicarbonato (HCO3-) e,
consequentemente, inversamente proporcional a pCO2 ou a concentração de ácido carbônico
(H2CO3).
1- ↓ [HCO3-] → ↓ pH → Acidose metabólica
● Com a diminuição da concentração do bicarbonato (HCO3-), observa-se uma diminuição
também no valor do pH, desse modo, levando a uma acidose metabólica.
● Essa acidose metabólica pode acontecer em pacientes com:
○ Diabetes com cetose, onde ocorre uma maior produção de ácidos acetoacético e
β-hidroxibutírico;
○ Insuficiência renal;
○ Envenenamento com sal ácido;
○ Perda de líquido intestinal;
Resposta do organismo: com a diminuição do pH, aciona o Centro Respiratório, que por sua
vez estimula a começar uma hiperventilação, assim, facilitando a saída de CO2 do organismo, ou
seja, uma diminuição da pCO2, dessa maneira, levando o aumento do pH novamente.
2- ↑ [HCO3-] → ↑ pH → Alcalose metabólica
● Com o aumento da concentração do bicarbonato (HCO3-), observa-se um aumento
também no valor do pH, desse modo, levando a uma alcalose metabólica.
● Essa alcalose metabólica pode acontecer em pacientes com:
○ Ingestão elevada de base no tratamento de úlcera péptica;
○ Obstrução intestinal;
○ Vômito de teores ácidos do estômago;
○ Remoção de secreções gástricas (substituição de Cl- por HCO3-);
Resposta do organismo: com o aumento do pH, ocorre uma inibição do Centro Respiratório,
que leva a uma hipoventilação, desse modo, ocasionando um aumento na pCO2, ou seja, retém
mais CO2 no organismo, assim, promovendo a diminuição do pH.
Os pulmões CAUSANDO um Desequilíbrio ácido-básico
1- ↑ pCO2 → ↑ [H2CO3] (ácido carbônico) → Acidose Respiratória
● Com o aumento da pCO2, há um aumento na concentração de ácido carbônico (H2CO3), o
que leva a uma diminuição do pH, assim, sendo caracterizado como um quadro de
Acidose respiratória, porque a causa primária foi um aumento no componente
respiratório (pCO2).
● Essa acidose respiratória pode acontecer em pacientes com:
○ Pneumonia;
○ Enfisema;
○ Asma;
■ Devido a essas enfermidades, observa-se a diminuição na excreção/remoção
do CO2 do organismo, que acontece quando o indivíduo possui uma
diminuição da ventilação (¼ do normal), dessa maneira, acarretando um
aumento na pCO2, assim, levando a uma diminuição do pH de 7,4 para ~7,0.
Narcóticos
O uso de narcóticos pode levar a inibição do Centro Respiratório, dessa forma, ocorrendo
uma hipoventilação, e ocasionando o aumento da pCO2 (retenção de CO2) e da concentração de
ácido carbônico (H2CO3), e, consequentemente, leva a diminuição do pH sanguíneo.
2- ↓ pCO2 → ↓ [H2CO3] (ácido carbônico) → Alcalose Respiratória
● Com a diminuição da pCO2, há uma diminuição na concentração de ácido carbônico
(H2CO3), o que leva a um aumento do pH, assim, sendo caracterizado como um
quadro de Alcalose respiratória, porque a causa primária foi uma diminuição no
componente respiratório (pCO2).
● Essa alcalose respiratória pode acontecer em pacientes com:
○ Hiperventilação forçada ou voluntária;
■ Devido a essas causas, observa-se o aumento na excreção/remoção do CO2
do organismo, que acontece quando o indivíduo possui um aumento da
ventilação (2x mais a normal), dessa maneira, acarretando uma diminuição
na pCO2, ou seja, eliminando muito CO2, assim, levando a um aumento do
pH de 7,4 para ~7,6.
Salicilatos
A alcalose respiratória também pode ocorrer pelo uso de medicamentos, como os
salicilatos, que estimula o Centro Respiratório, levando a uma hiperventilação, ou seja, uma maior
saída de CO2 do organismo, resultando numa diminuição da pCO2 e a concentração de ácido
carbônico (H2CO3), o que leva o aumento do pH sanguíneo.
Tamponamento Intracelular (2 - 4 horas)
Tampões Intracelulares
O tamponamento intracelular ocorre mais lentamente, podendo levar de 2 a 4 horas para serem
ativados.
● ACIDOSE
○ Em caso de acidose, os íons H+
saem do plasma, entram nas
células durante a troca dos íons
potássio (K+), ocasionando uma
hipercalemia, ou seja, um aumento
dos níveis plasmáticos de
potássio. Os íons H+ no meio
intracelular são tamponados por
diversas proteínas e pelo tampão
fosfato.
● ALCALOSE
○ Em caso de alcalose, os íons H+
saem das células para o plasma,
também na troca pelos íons
potássio (K+), ocasionando uma
hipocalemia,ou seja, uma
diminuição dos níveis plasmáticos
de potássio. Os íons H+ são
provenientes/liberados de
proteínas protonadas e do
hidrogênio-fosfato (H2PO3-).
Tamponamento Renal (horas/dias)
Regulação Renal do pH
Rins - São responsáveis pelo controle do pH por meio da regulação da concentração do
bicarbonato (HCO3-) e excreção do H+ produzido pelo metabolismo endógeno.
Compensação pulmonar - embora seja relativamente rápida (minutos), mas não é totalmente
completa.
Compensação renal - é lenta (horas e dias), mas resulta em restauração completa do pH
fisiológico.
Sistema Urinário
Composto por:
● Rins - onde resíduos são filtrados do sangue e formam a urina;
● Ureter - ducto que liga os rins a bexiga, por onde passa a urina;
● Bexiga - órgão que armazena a urina, antes de ser expelida do corpo;
● Uretra - ducto que expele a urina do organismo;
Os rins apresentam um conjunto de estruturas bastante complexas, chamadas de néfrons,
que são as estruturas responsáveis pela filtração do sangue.
Néfron
É formado por uma cápsula de Bowman, onde se encontra o glomérulo, e por uma porção
tubular (proximal, alça de henle, distal e coletor).
A filtração do sangue ocorre efetivamente no glomérulo, e esse filtrado glomerular é
encaminhado para a porção tubular do néfron, onde alguns componentes do sangue que se
encontram no filtrado podem ser reabsorvidos de acordo com as necessidades do organismo.
Existem 3 mecanismos pelos quais os rins regulam o equilíbrio ácido-básico do organismo:
1. Reabsorção de bicarbonato (HCO3-) e sódio (Na+) resultante da secreção de H+ no
túbulo proximal;
2. Acidificação da urina pelo excesso de ácido titulável (pode ser quantificado) nos
túbulos proximal e distal;
3. Excreção de amônia (NH3) no túbulo distal;
1- Reabsorção de bicarbonato (HCO3-) e sódio (Na+) nos rins
Entre 80-90% da reabsorção do bicarbonato (HCO3-), que está condicionada à troca de H+ por
Na+, ocorre ao nível do túbulo proximal.
Esse bicarbonato (HCO3-) já se encontra na luz tubular, compondo o filtrado glomerular, e
estando presente na forma de bicarbonato de sódio (NaHCO3), que se dissocia na forma de
bicarbonato (HCO3-) e íon Na+.
O Na+ é transportado da luz tubular para a célula do túbulo proximal, e isso ocorre a favor
de um gradiente de concentração, sendo acoplado ao transporte do íon H+ em direção oposto.
O íon H+ se associa ao bicarbonato (HCO3-), formando o ácido carbônico (H2CO3), que por
sua vez sofre a ação da enzima anidrase carbônica, sendo convertido em CO2 e H2O.
O CO2 é internalizado nas células do túbulo proximal e reage novamente com a H2O pela
anidrase carbônica, formando ácido carbônico (H2CO3), que depois se dissocia em bicarbonato
(HCO3-) e H+, sendo essa H+ que foi transportado para a luz tubular anteriormente na troca pelo
íon Na+. Já o bicarbonato será reabsorvido e vai parar no sangue.
O gradiente de concentração é mantido por Bombas Na+/K+ ATPase, que envolve um
custo energético (transporte ativo), porém conseguem transportar o Na+ contra gradiente das
células do túbulo proximal para o sangue, na troca pelo íon potássio (K+).
Resultado líquido desse mecanismo: é que para cada íon de bicarbonato (HCO3-) filtrado, um
íon bicarbonato é reabsorvido.
Alcaloide: em presença de altas concentrações de bicarbonato (HCO3-), o excesso permanece
na urina, que se torna alcalina.
2- Excreção de H+ pelos rins como ácido titulável
Neste segundo mecanismo de excreção pelos rins ocorre a acidificação da urina,
começando nos túbulos proximais, tornando-se completa nos túbulos distais e dutos coletores.
Esse mecanismo envolve a excreção de íons H+ pelos rins sob a forma de um ácido
titulável.
A quantidade de ácidos tituláveis na urina é determinada pela quantidade de base forte
(NaOH), que é necessária para tornar o pH da urina igual a 7,4.
Então, esses ácidos surgem de diversos produtos dos metabolismos do organismo, e o
ácido titulável presente na urina, mais importante, é o dihidrogenofosfato (H2PO4-), oriundo do
metabolismo de fosfolipídeos.
● Produtos do Metabolismo:
○ H2SO4 (aa contendo S [enxofre]);
○ H2PO4 (fosfolipídeos);
○ HCl (aa contendo catiônicos);
Na corrente sanguínea, parte desses ácidos é tamponada pelo bicarbonato (HCO3-)
extracelular e filtrada no glomérulo e intitulada pelo H+.
Na luz tubular, encontram-se, por exemplo, um sal (NaA [fórmula geral]), que pode se
dissociar em Na+ e o íon do ácido, A− (base que compõe aquele ácido).
Esse mecanismo se inicia com o transporte de CO2 no sangue para o interior das células
dos túbulos proximal e distal, onde esse CO2 reage com H2O, sob a ação da anidrase carbônica,
assim, formando o ácido carbônico (H2CO3), que depois se dissocia espontaneamente em H+ e
bicarbonato (HCO3-).
O íon H+ é transportado para a luz tubular pelo transportador de membrana na troca pelo
Na+ (transporte acoplado ao sódio), que acontece a favor de um gradiente de concentração,
sendo mantido por Bombas Na+/K+ ATPase, que envolve um custo energético (transporte ativo),
porém conseguem transportar o Na+ contra gradiente das células do túbulo proximal para o
sangue, na troca pelo íon potássio (K+).
Quando esse íon H+ chega na luz tubular se
associa ao íon A−, que em geral é um
monohidogenofosfato (HPO42-), desse modo,
formando a fórmula ácida,
dihidrogenofostado (H2PO4-) ou HA (fórmula
geral), que pode ser quantificado/titulado, e
depois é eliminado pela urina
Já o bicarbonato (HCO3-),que também
é gerado no interior das células dos túbulos,
é transportado para o sangue, ou seja, um
bicarbonato que não existia na corrente
sanguínea (de novo) passa a circular.
Resultado Líquido: é a secreção de um íon
H+ na urina, e a formação “De Novo” do
bicarbonato, que vai para o sangue.
3- Excreção de H+ pelos rins sob a forma de amônio (NH4+)
A secreção de H+ pelos rins por meio dos ácidos tituláveis é limitada.
A capacidade máxima de eliminação de ácido titulável na urina é determinada pelo limite
mínimo do pH urinário, sendo de ~pH 4,5, que corresponde a 1000 x [H+] do plasma.
Esse terceiro mecanismo de excreção, que ocorre nas células do túbulo distal, envolve o
mecanismo adicional pelo qual o rim excreta uma sobrecarga de ácido consiste em formação de
amônia (NH3) e subsequentemente amônio (NH4+).
***Os ácidos provenientes do metabolismo celular podem ser tamponados pelo
bicarbonato extracelular, podendo aparecer no filtrado glomerular.
Então, existem na luz tubular um sal (NaA [fórmula geral]), que pode se dissociar em Na+ e
o íon do ácido, A− (base que compõe aquele ácido).
A base do ácido (A−) pode se associar ao íon H+, formando um ácido titulável (HA), no
entanto, quando a excreção do ácido titulável atinge o limite determinado pelo pH urinário, ocorre
que a glutamina, que geralmente é endereçada ao fígado, passa a ser endereçada para os rins,
nas células do túbulo distal, assim, no interior dessas células sofre ação (hidratação) da enzima
glutaminase, sendo convertida em
glutamato e amônia (NH3).
O glutamato sofre ação da enzima
glutamato desidrogenase sendo
convertido em α-cetoglutarato e amônia
(NH3).
As amônias (NH3) geradas nestas
reações podem passar para a luz
tubular, pois a membrana é permeável
a amônia (NH3), assim, ao chegar na
luz tubular essa amônia pode reagir
com o ácido titulável (HA), formando o
íon amônio (NH4+), com isso, ocorre a
liberação da base do ácido (A−).
Então, a partir de um limite de pH da
urina, a forma preferencialmente excretada do H+, é sobre a forma de íon amônio (NH4+).
Diminuição no pH leva ao aumento da excreção de amônia;
O pH na luz tubular fica menor que o pH nos outros líquidos;
Importante
A distribuição de amônia (NH3) entre os vários compartimentos líquidos (células, líquido
tubular, líquido intersticial e sangue) depende de pH.
ACIDOSE (↓ pH)
Estimula a excreção de amônia (NH3) na luz tubular, que ao se combinar com o H+ forma
amônio (NH4+), que é retido na urina devido à sua dificuldade de atravessar as membranas,
sendo, então, excretado, desse modo eliminando o íon H+ que poderia estarcausando a
diminuição do pH.
ALCALOSE (↓ pH)
Estimula a produção de uréia, porque a glutamina, em sua maioria, passa a ser
endereçada para o fígado para acontecer a produção de uréia.
Distúrbios do Equilíbrio Ácido-básico
Alterações nos Componentes Respiratórios ácido carbônico [H2CO3] ou (pCO2)
Essas alterações podem ocorrer tanto na concentração de ácido carbônico (H2CO3) quanto
na pressão parcial de CO2.
Além do seu papel compensatório, o sistema respiratório pode ser o causador de distúrbios
do equilíbrio ácido-básico.
Alcalose Respiratória:
Devido a algumas causas, como meningite, grandes altitudes, o organismo hiperventila, o
que resulta numa saída maior de CO2, assim, ocasionando uma diminuição da pCO2 da
concentração de ácido carbônico (H2CO3), gerando um aumento no valor de pH, com isso,
ocorrendo um caso de Alcalose respiratória.
A forma que o organismo encontrou para compensar essa alteração nos componentes
respiratórios é a excreção de urina alcalina, ou seja, excreção de poucos íons de H+.
Acidose Respiratória:
Devido a algumas causas, como enfisema, asma, pneumonia, entre outras, o organismo
hipoventila, o que resulta numa retenção maior de CO2, ou seja, menor eliminação via pulmões.
Com isso, essa hipoventilação ocasiona um aumento da pCO2 e da concentração de ácido
carbônico (H2CO3), assim, resultando numa diminuição do pH. Trata-se de um caso de acidose
respiratória porque as alterações atingem os componentes respiratórios.
O organismo atua de forma a compensar esse distúrbio ácido-básico, que é pela excreção
renal de H+ e, com isso, a reabsorção de bicarbonato renal para o sangue é aumentada, assim,
indo fazer o tamponamento do excesso de H+.
Alterações nos Componentes Metabólicos: Bicarbonato [HCO3-]
Nestas alterações ocorrem alterações na concentração de bicarbonato (HCO3-).
Alcalose Metabólica:
O uso de diuréticos com perda de H+, a ingestão excessiva de base (tratamento de
úlcera), entre outros, podem causar alcalose metabólica. O efeito causado é o aumento na
concentração do bicarbonato (HCO3-), resultando num aumento de pH.
Compensação:
A compensação respiratória acontece por meio da hipoventilação, ou seja,
aumentando a pCO2 e consequentemente, diminuindo o pH.
A compensação renal acontece através da excreção de urina alcalina, ou seja,
excreção de bicarbonato (HCO3-) pelos rins, e reabsorvendo mais H+.
Os sistemas tampões intracelular atuam de forma a trocar a troca de íons de sódio
(Na+) e/ou potássio (K+) do plasma por íon H+ do meio intracelular.
Acidose Metabólica:
Em casos de diarréia, vômito, uremia (doença renal), entre outros, pode ocorrer uma
diminuição da concentração de bicarbonato (HCO3-), levando a diminuição do pH, assim,
caracterizando um quadro de acidose metabólica.
Compensação:
A compensação do organismo acontece fazendo uma hiperventilação, ou seja,
diminuindo a pCO2, consequentemente aumentando o pH (tamponamento respiratório).
Outro mecanismo de compensação é o tamponamento renal (compensação renal),
onde acontece a excreção de ácido titulável e amônio (NH4+) na urina, e a liberação de
bicarbonato (HCO3-) de novo no líquido extracelular (sangue).
Ou ainda, a compensação pode ser feita por sistemas tampões intracelulares,
havendo, então, a troca de íon H+ do plasma por potássio (K+) ou sódio (Na+) do meio
intracelular.
Distúrbios Ácido-básicos Primário
Quando o indivíduo apresenta algum sintoma associado a um distúrbio do equilíbrio
ácido-básico é solicitado um exame laboratorial de Gasometria.
Resultados:
O indivíduo que não apresenta alteração equilíbrio ácido-básico possui alguns parâmetros
chamados de normais, que são pH=7,4, [H+]=40 mEq/L, pCO2=40 mm Hg e [HCO3-]= 24 mEq/L.
Se o indivíduo apresenta acidose respiratória, a causa primária é o aumento da pCO2,
que resulta no aumento da concentração de H+, assim, ocorrendo a diminuição do pH. Devido a
isso, o organismo compensa essa acidez do pH retendo e aumentando a concentração de
bicarbonato (HCO3-) por intermédio do tamponamento renal, absorvendo o bicarbonato ou
gerando um bicarbonato de novo, que será transportado das células do túbulo distal para o
sangue.
Se o indivíduo estiver com uma alcalose respiratória, a causa primária é a diminuição da
pCO2, que resulta na diminuição da concentração de H+, assim, ocorrendo o aumento do pH.
Devido a isso, o organismo compensa essa alcalose do pH exercitando o bicarbonato pela urina,
gerando uma urina alcalina.
Se o indivíduo estiver em uma acidose metabólica, a causa primária vai ser uma
diminuição da concentração de bicarbonato (HCO3-), que leva ao aumento da concentração de
H+, assim, na diminuição do pH. Devido a isso, o organismo compensa essa acidez do pH
tentando diminuir a pCO2, levando a uma hiperventilação dos pulmões, desse modo, exalando
mais quantidades de CO2.
Se o indivíduo tem sintomas associados a Alcalose metabólica, a causa primária é o
aumento da concentração de bicarbonato (HCO3-), que leva a diminuição da concentração de H+,
assim, ocorrendo o aumento do pH. Devido a isso, o organismo compensa fazendo uma
hipoventilação, ou seja, retendo mais CO2, resultando no aumento da pCO2.
Fontes de H+ Decorrentes dos Processos Metabólicos
Os diferentes processos metabólicos que ocorrem no organismo podem resultar na formação de
ácidos que vão acarretar um aumento de íons H+.
Esse excesso de H+ pode ser tamponado, por sistemas tampões existentes nos líquidos
corporais ou pelo tamponamento respiratório, que envolve a remoção de CO2 dos líquidos
extracelulares. Sendo, estes dois mecanismos rápidos, porém não são inteiramente eficazes,
uma que regulam o pH, mas não conseguem corrigir a concentração de H+ no organismo.
O tamponamento renal é mais lento, mas, no entanto, consegue resolver a alteração de H+
que foi promovida, por meio da reabsorção de bicarbonato (HCO3-) e a excreção de H+ (tampão
fosfato ou NH4+) pela urina. Dessa forma, os rins regulam o pH de forma eficiente, assim,
corrigindo a concentração de H+ no organismo.
Conclusão
Os sistemas tampões servem como uma primeira linha de defesa contra variações de pH.
Entretanto, as concentrações de seus componentes devem ser regeneradas (tamponamento
renal) para seus valores normais, de forma que continuem a funcionar como tampões.