Regulação ácido-base - fisiologia renal

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Regulação Ácido-Base
OBS: as imagens/gráficos/tabelas foram retiradas do livro Guyton e Hall: Tratado de Fisiologia Médica.
Introdução 
A concentração de H+ é precisamente regulada:
Essa regulação precisa de H+ é essencial, pois as atividades de quase todos os sistemas de enzimas no corpo são influenciadas pela concentração de H+. Logo, variações na concentração de H+ alteram praticamente todas as funções celulares e corporais.
· OBS: normalmente, a concentração de H+ nos líquidos corporais mantem-se em nível baixo 
Ácido:
São moléculas contendo átomos de hidrogênio capazes de liberar íons hidrogênio. Ex: HCl, H2CO3. Um ácido forte é aquele que se dissocia rapidamente e libera grandes quantidades de H+ na solução (ex: HCl), enquanto ácidos fracos são aqueles que têm menos tendência a dissociar seus íons, liberando H+ com menos vigor (ex: H2CO3).
Base: 
Base é um íon ou molécula capaz de receber um H+. Ex: HCO3- (se combina com H+ p formar H2CO3), HPO4—(quando recebe H+, vira H2PO4-). As proteínas do corpo também funcionam como bases, pois alguns dos aa que as formam têm cargas negativas efetivas que aceitam prontamente íons H+ (ex: proteína hemoglobina do sangue). Base forte é aquela que reage rapidamente com H+, removendo-o prontamente de uma solução. Ex: OH- (reage c H+, formando H2O). Base fraca típica é o HCO3-, pois ele se liga ao H+ com muito menos força que o OH-. 
PH e concentrações de H+:
O PH é relacionado inversamente com a concentração de H+, ou seja, PH baixo corresponde a alta concentração de H+ e vice versa.
· O PH normal do sangue arterial é de 7,4, enquanto o PH do sangue venosos e dos líquidos intersticiais é de cerca de 7,35, devido às quantidades extras de dióxido de carbono (CO2) liberadas pelos tecidos para formar H2CO3 nesses líquidos.
· Considera-se como PH normal do sangue entre 7,35 e 7,45
· O limite mínimo de PH compatível com vida é em trono de 6,8, e o limite máximo é em trono de 8,0
· O PH intracelular geralmente é mais baixo que o PH do plasma, pois o metabolismo das células produz ácido, principalmente H2CO3
· O PH da urina varia de 4,5 a 8,0, pois depende do estado acido-base do LEC
· A concentração normal de H+ no plasma é 40mEq/L
Proteínas como tampões intracelulares
Proteínas estão entre os tampões mais abundantes no corpo, devido às suas concentrações elevadas, especialmente no interior das células. 
O PH das células, embora ligeiramente mais baixo que do liquido extracelular, varia aproximadamente na proporção das alterações do PH extracelular. 
Os sistemas tampões do interior das células ajudam a prevenir mudanças no PH do liquido extracelular, mas podem levar horas para ficarem efetivos ao máximo. Isso ocorre devido à difusão de elementos do sistema tampão bicarbonato [H+, HCO3- e CO2] para dentro das células, causando variações no PH do liquido intracelular quando ocorrem alterações no PH extracelular. 
· H+ e HCO3- se difundem pouco através das membranas celulares, levando muitas horas para atingir o equilíbrio com o liquido extracelular [exceto pelo equilíbrio q ocorre nas hemácias]
· CO2 pode se difundir rapidamente através de todas as membranas celulares
Principio isoidrico:
Todos os tampões em uma solução em comum estão em equilíbrio com a mesma concentração de H+.
Todos os sistemas tampões nos líquidos corporais funcionam em conjunto, pois o H+ é comum às reações de todos esses sistemas. Portanto, sempre que houver variação da concentração de H+ no liquido extracelular, o equilíbrio de todos os sistemas tampões muda ao mesmo tempo. Esse fenômeno é denominado principio idoidrico. 
A implicação desse princípio é de que qualquer condição que altere o equilíbrio de um dos sistemas tampões também altera o equilíbrio de todos os outros, já que esses sistemas, na verdade, tamponam uns aos outros ao trocar H+ entre si.
Regulação respiratória do equilíbrio ácido-base:
O controle da concentração de CO2 no LEC pelos pulmões representa a segunda linha de defesa contra os distúrbios ácido-base. O aumento da ventilação elimina o CO2 do liquido extracelular, reduzindo a concentração de H+, e vice versa.
A expiração pulmonar de CO2 balanceia a formação metabólica de CO2: 
O CO2 é formado continuamente pelos processos metabólicos intracelulares. Depois de formado, se difunde das células para o liquido intersticial e para o sangue, sendo transportado pelo fluxo sanguíneo para os pulmões, onde se difunde nos alvéolos, sendo transferido para a atmosfera pela ventilação pulmonar. 
· Se a formação de CO2 [aumento da atividade metabólica] aumentar, a Pco2 do LEC também aumentara, e vice versa
· Se a ventilação pulmonar aumentar, mais CO2 será expelido pelos pulmões, e a Pco2 no LEC diminuirá, e vice versa
Logo, mudanças na ventilação pulmonar ou na formação de CO2 pelos tecidos podem alterar a Pco2 do LEC.
O aumento da ventilação alveolar diminui a concentração de H+ no LEC e eleva o PH:
Se a formação metabólica de CO2 permanecer constante, o único fator que afeta a Pco2 é a ventilação alveolar. 
· Quando a ventilação alveolar aumenta, a Pco2 diminui
· Quando a concentração de CO2 aumenta (Pco2 aumenta), a concentração de H2CO3 e de H+ também aumentam, diminuindo o PH no LEC
O PH dos líquidos corporais pode facilmente ser alterado pelo sistema respiratório. 
O aumento da concentração de H+ estimula a ventilação alveolar:
Não apenas a ventilação alveolar influencia a concentração de H+, como o contrário também ocorre: a concentração de H+ afeta a ventilação alveolar.
· Uma diminuição do valor do PH aumenta a ventilação alveolar
· Um aumento no valor do PH diminui a ventilação alveolar
OBS: a variação da ventilação alveolar por unidade de PH é bem maior em níveis reduzidos de PH [elevada concentração de H+], quando comparada aos níveis elevados de PH. Isso ocorre pq quando a ventilação alveolar diminui por conta do aumento no PH, a quantidade de oxigênio acrescentada ao sangue e a Po2 também diminuem, estimulando a ventilação.
Portanto, a compensação respiratória ao aumento do PH não é tão efetiva quanto a resposta à redução do PH.
OBS 2: PH normal do sangue = 7,35-7,45 [levemente básico]
Controle por feedback da concentração de H+ pelo sist. Respiratório:
Como a maior concentração de H+ estimula a respiração, e já que o aumento da ventilação alveolar diminui a concentração de H+, o sistema respiratório age como controlador por feedback negativo típico da concentração de H+.
Eficiência do controle respiratório na concentração de H+: 
O controle respiratório não retorna à concentração de H+ precisamente de volta ao normal. Sua eficiência é, geralmente, de 50 a 75%. Ou seja, se [H+] aumentar subitamente pela adição de ácido ao LEC e o PH cair de 7,4 para 7,0, o sistema respiratório pode retornar o PH a um valor de 7,2 a 7,3. Isso ocorre em 3 a 12 minutos.
Poder tamponante do sistema respiratório:
A regulação respiratória do equilíbrio ácido-base é um tipo fisiológico de sistema tampão, pois é ativado rapidamente e impede que a concentração de H+ se altere muito até que a resposta mais lenta dos rins consiga eliminar a falha do equilíbrio.
Comprometimento da função pulmonar pode causar acidose respiratória:
Anormalidades na respiração podem causar mudanças na concentração de H+. Em casos de comprometimento da função pulmonar, como no enfisema grave, a capacidade dos pulmões de eliminar CO2 é diminuída, provocando acumulo dessa substancia no LEC e uma tendência à acidose metabólica. Além disso, a capacidade pulmonar de responder à acidose metabólica fica comprometida.
Nessas circunstancias, os rins representam o único mecanismo fisiológico remanescente para fazer o PH retornar ao normal, depois de já ter ocorrido o tamponamento químico inicial no LEC.
Controle renal do equilíbrio ácido-base
Os rins controlam o equilíbrio ácido-base ao excretar urina ácida ou básica. Representam a terceira linha de defesa contra os distúrbios ácido-base. O mecanismo global para essa excreção é o seguinte:
· Grandes quantidades de HCO3- [bicarbonato] são filtradas continuamente para os túbulos,e, se forem excretadas na urina, removem a base do sangue.
· Ainda, grandes quantidades de H+ são secretadas no lúmen tubular pelas células epiteliais tubulares, removendo assim o ácido do sangue
· Se for secretado mais H+ que HCO3-, ocorrerá perda real de ácido do LEC, e vice versa
Os rins precisam excretar os ácidos não voláteis [ que não podem ser eliminados pelos pulmões] pela urina, bem como devem evitar a perda de bicarbonato na urina, tarefa ainda mais importante, pois o bicarbonato faz parte do sistema tampão primário do LEC.
Tanto a reabsorção de HCO3- quanto a excreção de H+ são realizadas pelo processo de secreção de H+ pelos túbulos. Como o HCO3- reage com o H+ secretado para formar H2CO3 antes de ser reabsorvido, grandes quantidades de H+ precisam ser secretadas apenas para reabsorver o HCO3- filtrado. Além disso ainda é necessário secretar um pouco mais de H+ para eliminar do corpo os ácidos não voláteis produzidos diariamente, resultando em um total de 4.400mEq de H+ secretados para o liquido tubular todos os dias.
· Em casos de alcalose [redução na concentração de H+ e aumento de HCO3-], os rins excretam menos H+ e não conseguem reabsorver todo o HCO3- filtrado, aumentando, assim, a excreção de bicarbonato. Esse aumento na excreção eleva a concentração de H+ do LEC a níveis normais
· Em casos de acidose [elevada concentração de H+ e baixa de HCO3-], os rins excretam mais H+ e não excretam HCO3- na urina, mas reabsorvem todo o HCO3- filtrado e produzem novo bicarbonato p LEC. Assim, a concentração de H+ no LEC reduz a níveis normais
Assim, os rins regulam a concentração de H+ do liquido extracelular por meio de três mecanismos fundamentais: secreção de H+; reabsorção de HCO3- filtrado; produção de novo HCO3-. 
Secreção de H+ e reabsorção de HCO3- pelos túbulos renais:
A secreção de íons hidrogênio e a reabsorção de HCO3- ocorrem praticamente em todas as partes dos túbulos, exceto nas porções finas ascendentes e descendentes da alça de Henle. Lembrar que para cada HCO3- reabsorvido, um H+ precisa ser excretado.
Cerca de 80 a 90% da reabsorção de HCO3- [e excreção de H+] ocorrem no túbulo proximal, e apenas pequena quantidade de HCO3- flui para os túbulos distais e coletores. Cerca de 10% do HCO3- filtrado são reabsorvidos no ramo ascendente espesso da alça de Henle, e o restante é reabsorvido nos túbulos distais e ductos coletores. 
O H+ é secretado por transporte ativo secundário nos segmentos tubulares iniciais:
As células epiteliais do túbulo proximal, do segmento espesso ascendente da alça de Henle e do inicio do túbulo distal secretam H+ p liquido tubular pelo cotransporte de sódio-hidrogênio:
· Esse cotransporte é feito por meio da proteína trocadora sódio-hidrogênio, e a energia para a secreção de H+ contra seu gradiente é derivada do gradiente de sódio dissipado durante seu movimento a favor do gradiente de concentração [estabelecido pela bomba de sódio-potássio-ATPase, na membrana basolateral]
· Quando um Na+ se move do lúmen do túbulo para o interior da célula ele se combina, primeiramente, com a proteína carreadora da borda luminal da membrana celular, ao mesmo tempo q um H+, no interior da célula, se combina com a proteína carreadora.
· O Na+ move-se na célula a favor do gradiente estabelecido pela bomba sódio-potássio-ATPase na membrana basolateral. A energia liberada pela dissipação de parte desse gradiente move o H+ para o lúmen tubular
· Esse mecanismo de secreção de H+ não estabelece concentração muito elevada de H+ no liquido tubular, o qual só fica muito ácido a partir dos túbulos coletores e ductos coletores 
Como o processo de secreção de H+ realiza a reabsorção de HCO3- /bicarbonato:
· O processo secretório se inicia quando o CO2 presente no lúmen se difunde para dentro das células epiteliais tubulares [ou é produzido dentro delas]
· Nas células, a enzima anidrase carbônica combina o CO2 com H2O, para formar H2CO3, que se dissocia em HCO3- e H+.
· O H+ é secretado das células para o lúmen tubular pelo cotransporte sódio-hidrogênio 
· O HCO3- gerado na célula se move a favor do gradiente através da membrana basolateral para o liquido intersticial renal e para o sangue capilar peritubular.
· O resultado efetivo é a reabsorção de um íon HCO3- para cada H+ secretado
O HCO3- filtrado é reabsorvido pela interação com íons hidrogênio nos túbulos:
Íons bicarbonato não permeiam prontamente as membranas luminais das células tubulares ranis. 
Logo, para o HCO3- ser reabsorvido, ele deve passar por um processo especial:
· HCO3- tubular se combina primeiro com H+ [secretado pelas células tubulares] para formar H2CO3. 
· H2CO3 se dissocia em CO2 e H2O, ainda no lúmen tubular
· CO2 consegue se difundir facilmente pela membrana tubular, entrando, instantaneamente, na célula tubular, onde se recombina com H2O, pela anidrase carbônica
· O processo continua, como descrito anteriormente, e como retratado na imagem acima
O transporte de HCO3- através da membrana basolateral, para o liquido intersticial, é facilitado por dois mecanismos:
· Cotransporte Na+-HCO3- , no túbulo proximal
· Troca Cl—HCO3- nos últimos segmentos do túbulo proximal, no segmento ascendente da alça de Henle e nos túbulos e ductos coletores 
Assim, a cada vez que um H+ é formado nas células epiteliais tubulares, um HCO3- também é formado e liberado de volta no sangue. O efeito real dessas reações é a “reabsorção” de HCO3- nos túbulos, embora o HCO3- que de fato chega ao liquido intersticial não seja o mesmo filtrado nos túbulos. 
HCO3- é “titulado” contra o H+ nos túbulos:
As quantidades dos íons bicarbonato (HCO3-) e H+ que entram nos túbulos diariamente são praticamente iguais, e se combinam para formar CO2 e H2O. Portanto, diz-se que HCO3- e H+ normalmente, “se titulam” nos túbulos. 
Esse processo de titulação não é bem exato, pois geralmente há um excesso de H+ nos túbulos a ser excretado na urina, responsável por retirar do corpo os ácidos não voláteis produzidos pelo metabolismo. Grande parte do H+ no é excretado como H+ livre, mas, sim, em combinação a outros tempões urinários, como fosfato e amônia. 
Logo, o mecanismo básico pelo qual os rins corrigem a acidose ou alcalose metabólica é a titulação incompleta de H+ em relação ao HCO3-, levando um ou outro a passar pela urina e ser removido do liquido extracelular.
Secreção ativa primaria de H+ nas células intercaladas dos túbulos distais e coletores:
A partir do final dos túbulos distais e pelo restante do sistema tubular, o epitélio tubular secreta H+ por transporte ativo primário. Nesse caso, o H+ é transportado diretamente por proteínas especificas, como a ATPase transportadora de hidrogênio e um transportador hidrogênio-potássio-ATPase. A energia necessária p transporte vem da degradação do ATP em difosfato de adenosina.
Essa secreção por transporte ativo primário ocorre em um tipo especial de células, as células intercaladas tipo A, no final do túbulo distal e nos túbulos coletores. A secreção de íons hidrogênio é feita em duas etapas:
· O CO2 dissolvido na célula se combina com H2O para formar H2CO3
· O H2CO3 se dissocia em HCO3- , que é reabsorvido para o sangue, e H+, que é secretado para o lúmen tubular por meio dos transportadores ATPase transportadora de hidrogênio e da hidrogênio-potássio-ATPase. 
Para cada H+ excretado, um HCO3- é reabsorvido semelhante aos túbulos proximais. A principal diferença é que aqui o H+ se move pela membrana luminal por bomba ativa de H+, ao invés de cotransporte.
Esse mecanismo de transporte ativo é importante para a formação de urina acida. Nos túbulos proximais, a concentração de H+ pode ser aumentada por apenas cerca de 3 a 4 vezes. Já nos túbulos coletores, essa concentração pode aumentar em até 900 vezes, diminuindo o PH do liquido tubular para cerca de 4,5, que é o limite mínimo de PH que pode ser atingido nos rins.