Bioquímica - Gasometria e Equilíbrio ácido-base

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BIOQUÍMICA FISIOLÓGICA
Gasometri� � equilíbri� ácid�-bas� ⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀
O que é gasometria?
➔ Avaliação do estado ácido-base
➔ Feita pela análise de 6 parâmetros:
➔ pH, pCO2, pO2, SatO2, bicarbonato HCO3- e diferença de bases
- K+, Na+, Cl-
➔ Analisar os gases sanguíneos e o equilíbrio ácido-base
➔ Amostra colhida por meio de punção arterial [radial, braquial ou femoral]
➔ Normalmente pode se utilizar heparina [anticoagulante] para manter a fluidez do sangue
➔ Utiliza-se um gasômetro/gasímetro
Indicações:
➔ Ventilação (PaCO2)
- Em casos de DPOC está elevado
➔ Oxigenação (PaO2)
- Em casos de insuficiência circulatória costuma diminuir
➔ Condição ácido-básica (pH, pCO2, pO2 e HCO3- )
➔ Resposta do paciente à terapia ou tratamento (ex oxigenação)
➔ Auxiliar no diagnóstico e monitoramento da doença de base (DPOC, DM, asma etc)
- Além disso: fibrose cística, diabetes não controlado, distúrbios do sono, infecções graves, overdose de
drogas, insuficiência cardíaca ou renal
➔ Evolução clínica
➔ Antes de realização de cirurgias, para medir se os pulmões e os rins estão funcionando adequadamente
Relembrando que exames laboratoriais podem servir para os seguintes fins: triagem, monitoramento, diagnóstico e
prognóstico
Parâmetros avaliados (sangue arterial)
➔ pH 7,35 a 7,45
➔ PaO2: 80 a 100 mmHg
➔ PaCO2: 35 a 45 mmHg
➔ SatO2: acima de 95%
➔ HCO3-: 22 a 28 mEq/L [bicarbonato real]
➔ BE ou BD: - 2 a + 2 [diferença de bases]
Parâmetros avaliados (sangue venoso)
➔ pH: 7,32 a 7,43
➔ PaO2: 35 a 40 mmHg
➔ PaCO2: 38 a 50 mmHg
➔ SatO2: 60 a 75%
➔ HCO3-: 22 a 28 mEq/L [bicarbonato real]
➔ BE ou BD: - 2 a + 2 [diferença de bases]
Observação: como já era esperado a gasometria venosa apresenta valores mais ácidos. Além disso fatores como a idade
do paciente podem alterar esses valores. Os valores demonstrados são normais de adultos
Gasometria arterial e venosa
➔ Gasometria arterial é feita quando o objetivo é avaliar performance pulmonar [ventilação e perfusão]
➔ Gasometria venosa pode ser feita quando o objetivo é avaliar apenas a parte metabólica
Importância do equilíbrio ácido base
➔ Variações elevadas e repentinas do equilíbrio ácido básico são extremamente perigosas
➔ Tais anormalidades podem causar diretamente várias disfunções orgânicas
➔ Mudanças de pH afetam ionização de proteínas e enzimas (exemplo: hemoglobina e enzimas da via glicolítica)
➔ Redução do pH diminui o débito cardíaco e a pressão do sangue arterial
➔ Aumento do pH leva constrição de pequenas artérias e pode desencadear arritmias
➔ Algumas manifestações clínicas podem incluir edema cerebral, fraturas, decréscimo de contratilidade
miocárdica, vasoconstrição pulmonar e vasodilatação sistêmica, dentre outras
observação: alterações como arritmias e decréscimo de contratilidade miocárdica pode estar relacionada com a [ ] de K+
Introdução do equilíbrio ácido-base
➔ Os eletrólitos principais no ser humano: Na+, K+, Ca+, Mg+, Cl-, HCO3-, HPO4-, SO4-, lactato orgânico,
proteínas e oligoelementos [ex Zn, Se, citrato e glutamato]
➔ Vários deles necessitam ser ingeridos diariamente na dieta
Funções dos eletrolíticos no organismo
➔ Manter a pressão osmótica e a distribuição de água nos comportamentos do corpo
➔ Manter o pH fisiológico
➔ Regular as funções do coração e músculos [bomba de sódio e potássio]
➔ Importante na regulação de óxido redução [ex Fe e Zn]
➔ Desidratação, edema, hiponatremia [diminuição de Na] ou hipernatremia [comprometimento das respostas
normais aos estímulos osmolares] são síndromes do resultado da desordem da homeostase da água e eletrólitos
Distribuição de água, sódio e potássio no corpo
➔ Dentro da célula (LIC), normalmente tem mais potássio (110 mmol/L) e menos sódio (10 mmol/L)
➔ O sódio sai mais da célula por meio das bombas de sódio-potássio, a qual sai 3 Na+ e entra 2K+
➔ No LEC a maior concentração é de sódio (140 mmol/L) e menor concentração de potássio (4 mmol/L)
Bomba de sódio-potássio
➔ A enzima Na+/K+-ATPase é responsável pela manutenção da concentração dos gradientes de sódio e potássio
através das membranas celulares. Também desempenha um papel fundamental na reabsorção do sódio nos
túbulos renais
➔ Lembrando que é um transporte ativo
O movimento do líquido entre o plasma e o líquido intersticial
➔ Na extremidade arterial a pressão hidrostática é maior que a pressão oncótica
➔ Na extremidade venosa a pressão oncótica é maior que a pressão hidrostática
➔ A pressão oncótica está relacionada com elementos que são osmoticamente ativos (ex: Na, albumina)
Osmolalidade normal e anormal
➔ Osmolalidade normal: a saída e entrada de água está em equilíbrio
➔ Osmolalidade do LEC aumentada: a água se move do LIC para o LEC; desidratação celular
➔ Osmolalidade do LEC reduzida: a água se move do LEC para o LIC; edema celular
Composição eletrolítica dos líquidos corporais
(em ordem decrescente) [medida em mmol/L)
➔ Plasma: Sódio [140], Cloreto [100], Bicarbonato [25], Potássio [4]
➔ Suco gástrico: Cloreto [140], Sódio [50], Potássio [15], Bicarbonato [0-15]
➔ Líquido do intestino delgado: Sódio [140], Cloreto [70], Potássio[10], Bicarbonato [variável]
➔ Fezes na diarréia: Sódio [50-140], Bicarbonato [20-80], Potássio [30-70], Cloreto [variável]
➔ Bile, líquidos pleural e peritoneal: Sódio [140], Cloreto [100], Bicarbonato [40], Potássio [5]
➔ Suor: Sódio [12], Cloreto [12], Potássio [10]
Homeostase do íon hidrogênio
➔ Nas células, os processos metabólicos normais consomem oxigênio e produzem dióxido de carbono
➔ Uma pessoa normal de 70 Kg produz mais ou menos 15000 a 20000 mmol de CO2 que reagem com a água
para formar o ácido carbônico mediado pela anidrase carbônica [enzima]
➔ A manutenção das concentrações do íon hidrogênio e pela ação combinada dos sistemas tampão sanguíneo,
sistema respiratório e mecanismo renais
Produção de ácidos e bases no organismo
➔ Produção metabólica de ácidos
- CO2
- Cisteína e metionina
- Lisina, arginina e histamina
➔ Produção metabólica de bases
- Aspartato e glutamato, citrato
- Algumas bases (incluso o HCO3-) são normalmente perdidas nas fezes
➔ Balanço final: o organismo tende a produzir um excesso de ácidos
Escala do pH
➔ Expressa as concentrações de H+
➔ Valores normais: pH = 7,40 que equivale à concentração de H de 40 mmol
➔ pH abaixo dos valores normais: acidose
➔ pH acima dos valores normais: alcalose
Equação de Henderson-Hasselbach
➔ pH = 6.1 + log [HCO3-] / 0,03 pCO3
➔ Utilizada para compreensão do pH dos líquidos biológicos
➔ Fórmula: pH = pK’ + log [HCO3] / [H2CO3]
➔ pK é referente ao pH onde o bicarbonato é igual ao ácido carbônico
➔ O ácido carbônico não é medido, mas é proporcional ao CO2 dissolvido
➔ Dessa forma a equação pode ser escrita como:
- Onde o alfa é igual a 0,03 que é o coeficiente de solubilidade do CO2
➔ Tamponamento: podemos observar através de gráficos que a curva fica mais “constante”, a variação de pH não
é brusca [objetivo dos sistemas-tampão]
Valores normais
➔ [HCO3] plasma = 24 mmol/L
➔ [CO2] plasma = 1,2 mmol/L
➔ ou PaCO2 = 40 mmHg x 0,03 = 1,2
➔ pK = 6,1
➔ Substituindo na equação de Henderson-Hasselbach
➔ pH = 6,1 + log 20 (onde lod de 20 é igual a 1,3)
➔ pH = 6,1 + 1,3 = 7,4
Gasometria e alteração de valores
➔ Os distúrbios metabólicos alteram o numerador da equação, através de diminuição (acidos) ou aumento
(alcalose) no cálculo da concentração de bicarbonato.
➔ Os distúrbios respiratórios interferem com o denominador da equação, elevando (acidose) ou reduzindo
(alcalose) a PaCO2
➔ Os distúrbios metabólicos são compensados inicialmente, por alterações na PaCO2 (compensação pulmonar),
posteriormente, através de mudanças na excreção renal de ácidos e na reabsorção de álcalis (compensação
renal)
➔ Os distúrbios respiratórios possuem mecanismos mais precários de compensação que dependem, já de início,
de mecanismos renais de compensação
Tamponamento dos íons
➔ Uma solução tampão (ou simplesmente tampão) é uma solução que sofre apenas pequena variação de pH
➔ É uma solução que contém um ácido (doador de prótons),em concentrações aproximadamente iguais
- corpo tem tendência a entrar em acidose, por isso a grande importância dos sistema tampão
- Quando o H+ é neutralizado formando o ácido, o pH não cai pois o pH está relacionado a [ ] de H+
Características dos sistemas tampões dos líquidos do organismos
Tampão bicarbonato
➔ Componentes: H2CO3 (ácido fraco), HCO3- (base)
➔ pK = 6,1
➔ CO2 é controlado pela ventilação pulmonar
➔ HCO3- é controlado pelos rins
➔ Atua no LIC e no LEC
Tampão hemoglobina
➔ HHb (ácido fraco), Hb- (base)
➔ pI = 7,1
➔ pK = 7,4
➔ Segundo mais importante tampão do sangue
➔ Hemoglobina não é uma proteína sanguínea e sim intracelular
◆ (dúvida) No caso da hemoglobina atua apenas no líquido intracelular?
Tampão proteína
➔ Ex: Albumina, proteína plasmática, pI = 5
- com pH de 7,4 vai ter carga negativa e atuará como ácido fraco
➔ HProt (ácido fraco), Prot- (base)
➔ pK = 7,4
➔ Atua no líquido extracelular e intracelular
Tampão fosfato
➔ H2PO4- (ácido fraco), HPO42- (base)
➔ pK = 6,8
➔ Atua no LIC e no LEC
➔ Importante para excreção de H+ a nível renal
- atuam nos túbulos renais
Exemplo: se um ácido forte é adicionado ao sangue in vitro, 53% da ação tamponante é decorrente do bicarbonato, 35%
da hemoglobina, 7% da proteína plasmática e 5% dos fosfatos
Composição do sistema - percentual
➔ Bicarbonato/ácido carbônico - 64%
➔ Hemoglobina/oxihemoglobina - 28%
➔ Proteínas ácidas/proteínas básicas - 7%
➔ Fosfato monoácido/Fosfato diácido - 1%
Sistemas tampão do organismo
➔ Tamponamento extracelular - instantâneo
- bicarbonato, fosfato, proteína plasmática
➔ Tamponamento intracelular - lento (vários minutos)
- bicarbonato, fosfato, histidina
obs: os aminoácidos podem ter efeito tamponante
Tampão bicarbonato / ácido carbônico
➔ Essencial à regulação do equilíbrio ácido-base, porque o metabolismo celular gera muito ácido como produto
final, sob a forma de ácido carbônico
➔ Ácido carbônico é um ácido bastante fraco e a sua dissociação em íons hidrogênio e íons bicarbonato é mínima,
em comparação com outros ácidos
➔ O sistema tampão do bicarbonato/ácido carbônico é muito poderoso porque seus componentes podem ser
facilmente regulados.
➔ A concentração do dióxido de carbono é regulada pela eliminação respiratória e a concentração do bicarbonato
é regulada pela eliminação renal
Tampão hemoglobina
➔ Exclusivo das hemácias
➔ Colabora com a função de transporte do CO2 e com o tampão bicarbonato
➔ Presença da Carbamino carboxihemoglobina**
➔ A hemoglobina capta o H+ livre, não permitindo uma acidificação do sangue
➔ Transporte de CO2
- 5% plasma (forma livre)
- 30% hemácias**
- 65% bicarbonato
➔ Efeito Haldane?
Outros sistemas tampões
➔ Sistema tampão de proteínas é muito eficaz no interior das células, onde o sistema é mais abundante
➔ O sistema tampão fosfato, formado pelo fosfato de sódio e ácido fosfórico é eficaz no plasma, no líquido
intracelular e nos túbulos renais onde se concentra em grande quantidade.
- É o menor sistema tampão do sangue
Hematose pulmonar
➔ Troca de gases ocorre por diferença de pressão nos alvéolos pulmonares
Tamponamento intracelular na acidose
➔ Tamponamento tecidual na acidose pode levar o aumento na concentração plasmática de K+
➔ Isso porque a base do sistema tampão de proteínas captura o H+ e para manter o equilíbrio intracelular o
potássio sai da célula
➔ Risco de hipercalemia/hiperpotassemia, podendo desencadear distúrbio no miocárdio e parada cardíaca
Tamponamento intracelular na alcalose
➔ Tamponamento tecidual na alcalose pode levar a diminuição na concentração plasmática de K+
➔ Se o pH está alto é necessário a saída de H+ da célula e para isso o K+ deve ir para o LIC
➔ Nesse caso também há ação do sistema tampão proteína
➔ Risco de hipocalemia, pode ocasionar arritmias cardíacas
Equilíbrio ácido-base e rins
➔ Os rins mantêm o equilíbrio ácido-base:
1) Evitando elevada perda de HCO3- na urina
2) Restabelecendo a perda de HCO3-
➔ Sangue alcança o rim e será filtrado no glomérulo e pela cápsula de Bowman, assim ocorrerá a eliminação de
resíduos
Reabsorção de bicarbonato
➔ Túbulo proximal: alta permeabilidade a HCO3- e H+
- (85%) maior parte será reabsorvida
➔ Ramo ascendentes espesso - Alça de Henle, menor quantidade de reabsorção (10%)
➔ Duto coletor: baixa permeabilidade a HCO3- e H+, pH pode se tornar mais ácido
➔ Reabsorção de todos o HCO3- filtrado
- ~4300 mmol de HCO3 filtrado nos glomérulos/dia
- Reabsorção ocorre principalmente no túbulo proximal
- Pouquíssimo ou nenhum bicarbonato é excretado na urina
Túbulo proximal - Reabsorção de HCO3-
➔ O bicarbonato que foi filtrado pelo glomérulo terá de ser transformado para ser reabsorvido pelo túbulo
proximal, isso porque não há permeabilidade nessa área sob forma de bicarbonato.
➔ Reabsorvido para onde? O sangue é filtrado no glomérulo, o bicarbonato adentra os túbulos renais e será
reabsorvido (de voltar para o interstício) pelas partes dos túbulos renais. Sendo que para passar pelas
membranas (luminal e contraluminal) do túbulo de volta para o interstício ele deve ser transformado.
➔ Quando falamos de permeabilidade estamos falando de áreas que irão reabsorver o bicarbonato mas não nas
forma de bicarbonato, ocorrerá a transformação que foi dita anteriormente
Passo a passo
➔ O Na+ é reabsorvido juntamente com o bicarbonato pelo glomérulo,
➔ O Na+ atravessa a membrana luminal através da bomba NHE
➔ Quando o Na+ atravessa, H+ é jogado para o lúmen e isso é essencial para a reabsorção
➔ o H+ vai reagir com o HCO3- formando ácido carbônico (H2CO3)
➔ A anidrase carbônica (AC IV) dissocia o ácido carbônico em gás carbônico e água
➔ Gás carbônico e água (AQP1) atravessam a membrana luminal
➔ No LIC do túbulo, água e gás carbônico voltam a ser ácido carbônico por meio da Anidrase carbônica (ACII)
➔ Depois se dissociam em H+ e HCO3-
➔ O H+ volta para o lúmen para repetir o processo, por meio da NHE (gasto de ATP)
➔ Já o HCO3- e o Na+ atravessaram a membrana contraluminal de volta para o interstício, por meio da NBCe1
- Na+ pode voltar para o interstício por meio da bomba sódio potássio também (3 Na por 2 K)
➔ Ou seja: Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido
Segmento ascendente espesso da alça - Reabsorção de HCO3-
➔ Semelhante a reabsorção explicada no passo a passo
➔ Diferença:
- o HCO3- atravessará a membrana contraluminal (de volta ao interstício) por meio da bomba AE1, onde
o bicarbonato sai e o Cl- entra
- A troca de Na+ e H+ feita do lúmen para o LIC (através da membrana luminal) é mediada através da
NHE3
Ducto coletor - Reabsorção de HCO3-
➔ Semelhante a reabsorção explicada no passo a passo
➔ Diminui drasticamente a quantidade de sódio e bicarbonato no lúmen
➔ Dessa forma, para o H+ ser devolvido ao lúmen será por meio de uma bomba de potássio, o K+ entra no LIC e o
H+ volta para o lúmen
Regeneração de bicarbonato
➔ No final do ducto coletor a quantidade de bicarbonato é muito baixa
➔ No entanto ocorre regeneração (geração de novo bicarbonato) de HCO3- pois no LIC continuará a ter H20 e
CO2 que através da anidrase carbônica (ACII) irá produzir bicarbonato (que voltará para o interstício) e H+ que
será jogado para o lúmen
➔ Mas se não tem mais bicarbonato quem vai neutralizar o H+ que foi jogado para o lúmen? Sistema tampão
fosfato irá reagir com o H+ formando um ácido titulável
- Titulável pois houve grande diminuição de bicarbonato o pH nessa parte é extremamente ácido, assim
esse ácido produzido poderá ser titulável por uma base o que poderá elevar um pouco esse pH
- A quantidade de base acrescentada nessa titulação é proporcional a quantidade de ácido formado
➔ O fosfato é excretado em resposta a manutenção do balanço Ca2+ e Pi
Excreção dos íons H+ no túbulo distal pelo sistema fosfato e amônia
➔ Glutamina faz o transporte de amônia (fígado - rim)
➔ No rim tem uma enzima chamada glutaminase que transforma glutamina em glutamato (retirando um
grupamento amino)
- libera um grupamento amino (amônia)
➔ Glutamato será transformado em alfa-cetoglutaratopor meio da glutamato desidrogenase
- libera outro grupamento amino (amônia)
- alfa-cetoglutarato também do ciclo de Krebs
➔ A produção de amônio não serve apenas como forma de excreção, mas também para participar do sistema
tampão
- No final do ducto coletor o H+ será tamponado pelo sistema fosfato e pela amônia (produção do íon
amônio NH4+);
- Se o H+ ficasse livre o pH da urina seria muito menor
obs: conseguimos observar que a glutamina e glutamato são os principais aminoácidos geradores de amônia