pH e Tampões - Entendendo a Importância do Íon Hidrogênio em Sistemas Biológicos

pH E TAMPÕES O íon hidrogênio H é o íon mais importante nos sistemas biológicos A H nas células e líquidos biológicos influencia a velocidade das reações químicas a forma e função das enzimas assim como de outras proteínas celulares e a integridade das células ÍON HIDROGÊNIO A H nas células e líquidos biológicos deve estar em torno de 04nM 04x107 80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia ÁCIDOS Conceito de Arrhenius Ácido é toda substância que em solução aquosa libera como cátion o íon hidrogênio H Ex HCl H2O H3O Cl Conceito de Brönsted e Lowry Ácido é um doador de prótons um substância que pode transferir um próton para outra BASES Conceito de Arrhenius Base é toda substância que em solução aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila OH Ex NaOH H2O Na OH Conceito de Brönsted e Lowry Base é um receptor de prótons Um ácido pode transferir um próton para uma base Ex NH3 H2O NH4 OH Ácidos e Bases CH3COOH H2O CH3COO H3O ácido base O íon acetato é a base conjugada do ácido acético O ácido acético é o ácido conjugado do íon acetato O íon hidrônio é o ácido conjugado da água A água é a base conjugada do íon hidrônio Ácidos aumentam a H de uma solução aquosa e bases a diminuem íon acetato íon hidrônio ácido acético ácido base Dissociação da água e seus produtos iônicos H2O H2O OH H3O A água funciona tanto como ácido quanto como base Lei da ação das massas K H3O OH H3O OH H2O H2O H2O2 KH2O2 Kw H3O OH 1014 Na água pura a H é igual a OH que é igual a 107 MOLÉCULA POLAR MOLÉCULA APOLAR ACETONA METIL PROPANO ÁGUA ÁGUA CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS PRÓXIMA CAMADA DE SOLVATAÇÃO MAIS AFASTADA As proteínas transportadoras aumentam a eficiência do transporte de pequenas moléculas hidrofílicas através da membrana plasmática DIFUSÃO FACILITADA Mudanças na concentração de íons Hidrônio H3O ou ions Oxidrila OH alteram a solubilidade das substancias e compostos hidrossolúveis QUANDO HÁ ALTERAÇÃO NA CONCENTRAÇÃO DOS PRODUTOS IÔNICOS DA ÁGUA TAMBÉM HÁ ALTERAÇÃO NA FORÇA IÔNICA DA SOLUÇÃO SOLUÇÕES ACIDAS SOLUÇÕES BÁSICAS SOLUÇÃO NEUTRA ALTA FORÇA IÔNICA ALTA FORÇA IÔNICA BAIXA FORÇA IÔNICA Potencial hidrogeniônico pH A H de uma solução é quantificada em unidades de pH O pH é definido como o logarítmo negativo da H pH log H A escala de pH varia de 1 até 14 uma vez que qualquer H está compreendida na faixa de 100 a 1014 ESCALA DE pH pH H3O molsL OH molsL 0 100 1 10140000 000 000 000 01 3 103 0001 10110000 000 000 01 7 107 0000 000 1 1070000 000 1 10 1010 0000 000 000 1 1040000 1 14 1014 0 000 000 000 000 01 1001 ACIDEZ ALCALINIDADE Homeostasia é a constância do meio interno pH x homeostasia equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre remoção desses íons do organismo o organismo dispõe de mecanismos para manter a H e conseqüentemente o pH sangüineo dentro da normalidade ou seja manter a homeostasia pH do Sangue Arterial 74 70 78 Faixa de sobrevida Acidose Alcalose pH normal Aumento da H 74 Acidose Alcalose Queda do pH Acúmulo de ácidos Acúmulo de bases Perda de ácidos Perda de bases Diminuição da H Escala de pH Aumento do pH Alterações no pH ESPECIFICIDADE ADAPTAÇÃO AMPLIFICAÇÃO INTEGRAÇÃO SINALIZAÇÃO CELULAR PROTEÍNAS SINALIZAÇÃO QUÍMICA INTRACELULAR PROTEÍNAS DIVERSAS VIAS DE SINALIZAÇÃO QUÍMICA SINALIZADOR EXTRACELULAR PROTEÍNAS RECEPTORAS PROTEÍNAS SINALIZADORAS PROTEÍNAS ALVOS ENZIMAS METABÓLICAS PROTEÍNAS REGULADORAS DE GENES PROTEÍNAS DO CITOESQUELETO ALTERAÇÕES NO METABOLISMO ALTERAÇÕES NA EXPRESSÃO DE GENES ALTERAÇÕES NA FORMA E NO MOVIMENTO DAS CÉLULAS TENDE A ALTERAR A FORMA E CONSEQUENTEMENTE A FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS pH Idem à temperatura existe um pH ótimo onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e em especial do sítio catalítico é ideal para a catálise H H H H Íons Hidrogênio podem interferir na catalise Tabela 1 pH Ótimo de algumas enzimas 70 Catalase 46 52 Amylase malt 67 70 Amylase pancreas 61 68 Maltase 45 Invertase 70 Urease 78 87 Trypsin 15 16 Pepsin 47 Lipase castor oil 40 50 Lipase stomach 80 Lipase pancreas pH Optimum Enzyme fonte httpwwwworthingtonbiochemcomintroBiochemeffectspHhtml COMPARTIMENTOS biológicos COM pH diferenciado Ativação de enzimas específicas Garantem a homeostase Tanto da células quanto do organismo Canalículos secretórios pH 20 H K ATPase Citosol pH 73 CCéélula parietal lula parietal H H H H K K K K K K K K K K K Cl Cl Cl Cl Cl Cl ATP ADP HCl HCl HCl HCl Sangue pH 74 Omeprazol Omeprazol irrevers irreversíível vel PEPSINA Receptor αadrenérgico um receptor acoplado à proteína G com 7 hélices α transmembrana Exemplos de ligantes de receptores acoplados à proteína G 5HT Hormônio luteinizante Acetilcolina Hormônio muscarínico paratireóideo Adenosina Hormônio tireóideo Angiotensina Histamina Bradicinina Interleucinas CCK Leucotrienos Dopamina Melatonina Epinefrina Neuropeptídeo Y GABA Neurotensina Glucagônio Norepinefrina Glutamato Opióides Hormônio Purinas adrenocorticotrópico Somatostatina Hormônio folículo Taquicininas estimulante Trombina Vasopressina Ligante J Perkins MS MFA SAUNDERS EFEITOS CELULARES R R P P 4 DEGRADAÇÃO R A A A 2 SEQUESTRO 3 RECICLAGEM R A Arr FOSFATASES REGULAÇÃO DE RECEPTORES INDUZIDA POR AGONISTAS FUNCIONAM EM Ph mais ácido 7 Ph mais ácido 6 PROTEASES H bomba De protóns H ATP ADP H GRKs quinases dependentes de receptores acoplados a proteína G 1 DESSENSIBILIZAÇÃO GRKs R P A Arr AC Ptn G quinases Alterações bruscas de pH podem levar as proteínas a desnaturação Fontes de H decorrentes dos processos metabólicos PowersSK e Howley ET Fisiologia do Exercício 2000 pg207 Fig113 Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose Ácido Carbônico Ácido Lático Ácido Sulfúrico Ácido Fosfórico Corpos Cetônicos Ácidos H Oxidação de Amino ácidos Sulfurados Oxidação incompleta de ácidos graxos Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas Corpos Cetônicos São produzidos em resposta a níveis elevados de Ácidos Graxos no fígado Quando Acetil CoA excede capacidade oxidativa do fígadoMitocôndrias hepáticas Corpos cetônicos CH3 C O CH3 Acetona CH3 C O CH2 C O O Acetoacetato CH3 C OH H CH2 C O O 3 Hidroxibutirato Doador de Hidrogênio Funções Importantes fontes de energia para tecidos periféricos São solúveis em solução aquosa Não precisam de transportadores no sangue Usados nos tecidos extrahepáticos inclusive cérebro Em jejum muito prolongado 75 das necessidades energéticas do cérebro são atendidas pelo acetoacetato Corpos Cetônicos A acetona não é utilizada pelo corpo como um combustível ela é volátil e pode ser eliminada pela respiração Hálito Cetônico Cetoseaumento da concentração de Corpos Cetônicos nos Tecidos Líquidos e Corporais Velocidade de formação de Corpos Cetônicos é maior que sua utilização Corpos Cetônicos Cetonemia aumento de níveis no Sangue Cetonúria Urina Condições Típicas que se observa a Cetose jejum Diabetes mellitus Dietas ricas em Gorduras e pobres em Glicídios Secreções contínuas em maior quantidade acarretam a perda de cátion tampão OH à medida que circula no sangue diminuição do pH corporal cetoacidose Corpos Cetônicos EXTERNALIZAÇÃO DE TRANSPORTADORES DE GLICOSE INDUZIDA POR INSULINA reserva intracelular de transportadores de glicose presente nos endossomas Mobilização da reserva intracelular de transportadores de glicose para a membrana plasmática Transportador de glicose Receptor de insulina Células não estimulada Insulina Mais Transportadores de glicose Células estimulada EXOCITOSE A In the absence of insulin glucose cannot enter the cell B Insulin signals the cell to insert GLUT4 transporters into the membrane allowing glucose to enter the cell C Hepatocyte In the fed state the liver cell takes up glucose and forms glycogen and fatty acids D Hepatocyte In the fasted state the liver cell makes glucose from glycogen or amino acids and transports it to the blood Elsevier Carroll Elseviers Integrated Physiology wwwstudentconsultcom DM do tipo 1 resulta primariamente da destruição das células beta pancreáticas e tem tendência à cetoacidose Inclui casos decorrentes de doença autoimune e aqueles nos quais a causa da destruição das células beta não é conhecida A forma rapidamente progressiva é comumente observada em crianças e adolescentes porém pode ocorrer também em adultos A forma lentamente progressiva ocorre geralmente em adultos e é referida como diabetes latente autoimune do adulto Diabetes Mellitus DM SBD 2002 DM do tipo 2 graus variáveis de resistência à insulina e deficiência relativa de secreção de insulina A maioria dos pacientes tem excesso de peso e a cetoacidose ocorre apenas em situações especiais como durante infecções graves O diagnóstico na maioria dos casos é feito a partir dos 40 anos de idade embora possa ocorrer mais cedo mais raramente em adolescentes Nos últimos anos a incidência de diabetes do tipo 2 vem crescendo entre crianças e jovens nos Estados Unidos em associação ao aumento da obesidade Diabetes Mellitus DM SBD 2002 Classificação do diabetes melito Tipo 1 Destruição da célula beta geralmente ocasionando deficiência absoluta de insulina de natureza autoimune ou idiopática Tipo 2 Varia de uma predominância de resistência insulínica com relativa deficiência de insulina a um defeito predominantemente secretório com ou sem resistência insulínica Outros tipos específicos Defeitos genéticos funcionais da célula beta Defeitos genéticos na ação da insulina Doenças do pâncreas exócrino Endocrinopatias Induzidos por fármacos e agentes químicos Infecções Formas incomuns de diabetes imunomediado Outras síndromes genéticas geralmente associadas ao diabetes Diabetes gestacional pH dos Líquidos Corporais Concentração de H em mEql pH Líquido Extracelular Sangue arterial 40 x 105 740 Sangue venoso 45 x 105 735 Líquido Intersticial 45 x 105 735 Líquido Intracelular 1 x 103 a 4 x 105 60 a 74 Urina 3 x 102 a 1 x 105 45 a 80 HCl gástrico 160 080 Medidas de pH Eletrométrico pHmetro Lavar o eletrodo e secar com papel absorvente Padronização feita com soluções de pH abaixo e acima do que vai ser medido Potenciômetro mede H diferença de potencial elétrico entre duas soluções Colorimétrico indicadores IndicadorH H Indicador Cor A Cor B Medidas de pH Indicadores de pH Indicadores de pH são substâncias corantes utilizadas para determinar o valor do pH Exemplos Metilvioleta pH 0 2 4 6 8 10 12 Amarelo Violeta Tornassol Amarelo Azul incolor Vermelho Violeta Fenolftaleína Os Sistemas Tampões COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO Um tampão resiste ás variações no pH porque ele contém tanto espécies ácidas para neutralizar os íons OH quanto espécies básicas para neutralizar os íons H Exigência preenchida por um par ÁCIDOBASE CONJUGADO CH3COOH CH3COO NH4 NH3 ou Íon Amônio Amônia ácido base conjugada Acido acético acetato Ácido conjugado base COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO Íons OH são adicionados à soluçãotampão HX aq H2O l X aq OH aq HX X Quantidades de HX e X no tampão são grandes comparadas com a quantidade de OH adicionada por isso a razão HX X não varia muito tornando a variação no pH pequena Adição de hidroxilas tende a consumir o ácido Concentração do ácido fraco diminui Concentração da base conjugada aumenta Mudanças estreitas nos valores de pH Acido fraco base conjugada COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO Íons H são adicionados à soluçãotampão X HX Quantidades de HX e X no tampão são grandes comparadas com a quantidade de H adicionada por isso a razão HX X não varia muito tornando a variação no pH pequena X aq HX aq H aq Adição de ácido tende a consumir a base Concentração da base fraca diminui Concentração do ácido conjugado aumenta Mudanças estreitas nos valores de pH Tampão após a adição de OH Tampão com concentrações iguais de ácido fraco e sua base conjugada Tampão após a adição de H HF F OH HF F H HF F F H2O HF OH H F HF OH H Base adicionada OH HA A H3O Ácido adicionado COMO SÃO FORMADAS AS SOLUÇÕES TAMPÕES PORQUE SEMPRE TEMOS ACIDOS FRACOS OU BASES FRACAS FORMANDO OS TAMPÕES Ka H X HX Produto da dissociação do ácido Reagente ácido CONSIDERANDOSE UM ÁCIDO FORTE DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO FORTE EM SOLUÇÃO AQUOSA É TOTAL DENOMINADOR É CONSIDERADO ZERO Não É POSSIVEL CALCULAR O VALOR DO Ka Denominador ñ pode ser zero HCl H Cl Ácido forte baseconjugada Base muito fraca CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO Considerandose um ácido fraco Ka H X HX Produto da dissociação do ácido Reagente ácido DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO FRACO EM SOLUÇÃO AQUOSA É PARCIAL Denominador É MAIOR DE ZERO DENOMINADOR É MAIOR QUE ZERO É POSSIVEL CALCULAR O VALOR DO Ka CH3COOHaq CH3COO aq H aq ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO FRACO baseconjugada BASE FRACA Ka QUAL É A COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO Preparação Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca com um sal do ácido ou da base ácido carbônico bicarbonato 445 x 107 535 735 EQUAÇÃO DE HENDERSENHASSELBALCH Ka HX X H log Ka HX X log H log Ka log HX X Onde log H pH e log Ka pKa temos HX X pKa log pH pH pKa log HX X X HX pKa log ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO FRACO BASE FRACA Ka Ka da reação 18 x 105 pKa log Ka pKa log Ka pH pKa 474 Se a relação de entre os produtos e o reagente for de 110 pH pKa log X HX 474 pH 474 1 pH 37 CH3COOHaq acetato baseconjugada CH3COO aq H aq C H 3 C O O a q C H 3 C O O H a q ESPÉCIE ÁCIDA ESPÉCIE BÁSICA 1 mM 10 mM Mais ácido Se a relação entre produtos e reagentes for de 101 pH 474 1 pH 574 CH3COOHaq CH3COO aq H aq ÁCIDO ACÉTICO ÁCIDO FRACO baseconjugada BASE FRACA Ka Ka da reação 18 x 105 pKa log Ka pKa log Ka pH pKa 474 pH pKa log X HX 474 C H 3 C O O a q C H 3 C O O H a q ESPÉCIE ÁCIDA ESPÉCIE BÁSICA 10 mM 1 mM Mais básico COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO Os tampões resistem mais eficazmente à variação de pH em qualquer sentido quando as concentrações de ácido fraco e base conjugada são aproximadamente as mesmas A partir da equação Quando as concentrações de ácido fraco e base conjugada são iguais H Ka Geralmente tentamos selecionar um tampão cuja forma ácida tem pKa próximo do pH desejado Ka HX X H Valores iguais 1 Valor do pKa 474 Valor do pH será próximo de 474 ácido acéticoacetato Poder Tamponante pH do tampão Concentrações do sal e do ácido Relação SalÁcido 01 110 pH pKa log 01 pH pKa 1 Relação SalÁcido 101 pH pKa log 10 pH pKa 1 Poder tamponante de um sistema tampão pode ser definido pela quantidade de ácido forte que é necessário adicionar para fazer variar o pH de uma unidade pH 37 ácido acéticoacetato pH 574 ácido acéticoacetato CAPACIDADE DE TAMPÃO É a quantidade de ácido ou base que um tampão pode neutralizar antes que o pH comece a variar a um grau apreciável Depende da quantidade de ácido e base da qual o tampão é feito Se um tampão apresentar mais espécies básicas tampão básico ele irá suportar maior adição de ácidos Se um tampão apresentar mais espécies ácidas tampão ácido ele irá suportar maior adição de bases Exemplos de Tampões CH3COOH CH3COONa Acetato Bicarbonato H2CO3 NaHCO3 Fosfato H2PO 4 NaHPO4 Amônia NH4OH NH4Cl COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕESTAMPÃO Preparação Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca com um sal do ácido ou da base ácido carbônico bicarbonato 445 x 107 535 735 Sistemas Primários Reguladores do pH Os sistemas químicos de tampões ácidobase dos líquidos corporais O centro respiratório que regula a remoção de CO2 do líquido extracelular Os rins que agem reabsorvendo o bicarbonato filtrado ou eliminando o H pelo sistema tampão fosfato ou na forma de NH4 Os Sistemas Tampões do Organismo Os principais sistemas tampões presentes no organismo que permitem a manutenção da homeostasia são SISTEMA BICARBONATO SISTEMA FOSFATO PROTEÍNAS SISTEMA DA AMÔNIA SISTEMA BICARBONATO SISTEMA FOSFATO PROTEÍNAS SISTEMA DA AMÔNIA principal sistema tampão do organismo responsável principal pelo tamponamento do meio extracelular Depende muito da função integrada dos rins e pulmões É predominante no sangue plasma no filtrado renal e fluído extracelular PRESENÇA RELEVANTE NO FILTRADO RENAL Tem ação adjuvante com o Sistema Bicarbonato Funcionam como sistema tampão principalmente no meio intracelular e têm ação adjuvante com os sistema bicarbonato no plasma sanguíneo proteínas plasmáticas PRESENÇA RELEVANTE NO FILTRADO RENAL Favorece eliminação de íons hidrogênio pela desaminação da glutamina SANGUE COMO UMA SOLUÇÃOTAMPÃO Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICOBICARBONATO H2CO3 HCO3 são um par ácido base conjugado SANGUE COMO UMA SOLUÇÃOTAMPÃO Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônicobicarbonato CO2 um gás que fornece um mecanismo para o corpo se ajustar aos equilíbrios A remoção de CO2 por exalação desloca o equilíbrio para a direita consumindo íons H H aq HCO3 aq H2CO3aq H2Ol CO2g rim pulmão SANGUE COMO UMA SOLUÇÃOTAMPÃO Para que o tampão tenha pH de 74 a razão base ácido deve ser igual a um valor de 20 No plasma sangüíneo normal as concentrações de HCO3 e H2CO3 são aproximadamente de 0024 mol L e 00012 mol L respectivamente 20 espécies básicas para 1 espécie ácida 20 espécies básicas para 1 espécie ácida O tampão tem alta capacidade para neutralizar ácido adicional mas apenas uma baixa capacidade para neutralizar base adicional SANGUE COMO UMA SOLUÇÃOTAMPÃO TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICOBICARBONATO Se um tampão apresentar mais espécies básicas tampão básico ele irá suportar maior adição de ácidos Fontes de H decorrentes dos processos metabólicos PowersSK e Howley ET Fisiologia do Exercício 2000 pg207 Fig113 Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose Ácido Carbônico Ácido Lático Ácido Sulfúrico Ácido Fosfórico Corpos Cetônicos Ácidos H Oxidação de Amino ácidos Sulfurados Oxidação incompleta de ácidos graxos Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas APLICAÇÕES DOS CONCEITOS de pH e Tampão na Fisiologia na Farmacologia e na Clínica médica pH em condições normais é de 74 pH abaixo de 735 indica acidose devido a alta de H pH acima de 745 indica alcalose como resultado da diminuição de H pH abaixo de 68 ou acima de 78 é praticamente fatal alcalose 770 00002 normal 740 000004 acidose 722 000006 Status Ácido Básico pH H mEql O pH do plasma Limites confiáveis PCO2 37 mmHg e 45 mmHg Bicarbonato 22meql e 26 meql Sistema de tamponamento dióxido de carbono bicarbonato é o principal tampão extracelular Controle SNC e pulmão Controle renal Tamponamento intracelular Hemoglobina Proteínas Fosfato dibásico Carbonato osseo Tampões fixos ñ permitem grandes variações em seus componentes básicos e ácidos É um tampão dinâmico Sua capacidade tamponante pode ser regulada HOMEOSTASIA E DISTÚRBIOS ÁCIDOBASE Os principais órgãos que regulam o pH do sistema tampão ácido carbônicobicarbonato são pulmões e rins Os rins absorvem ou liberam H e HCO3 muito do excesso de ácido deixa o corpo na urina que normalmente tem pH de 50 a 70 SISTEMA RENAL Alguns dos receptores no cérebro são sensíveis às concentrações de H e CO2 nos fluídos corpóreos Quando a concentração de CO2 aumenta os equilíbrios deslocamse para a esquerda o que leva à formação de mais H Os receptores disparam um reflexo para respirar mais rápido e mais profundamente aumentando a velocidade de eliminação de CO2 dos pulmões e deslocando o equilíbrio de volta para a direita HOMEOSTASIA E DISTÚRBIOS ÁCIDOBASE CONTROLE NEURAL FISIOLOGIA RESPIRATÓRIA Os mecanismos que controlam a respiração são complexos Há um grupo de centros respiratórios localizados no tronco cerebral produzindo atividade respiratória automática Eles são regulados principalmente pela aferência de quimiorreceptores Este controle pode ser cancelado por uma ação voluntária comando cortical Segurar o fôlego HIPERVENTILAR VOLUNTARIAMENTE ou suspirar são exemplos do que podemos fazer com nosso controle voluntário sobre a respiração CONTROLE NEURAL DA RESPIRAÇÃO O principal centro respiratório está no assoalho do 4o Ventrículo com um grupo de neurônios inspiratórios dorsais e outro grupo expiratório ventral Os neurônios inspiratórios disparam automaticamente enquanto que os expiratórios são utilizados somente durante a expiração forçada Os dois outros principais centros são o CENTRO APNÊUSTICO que estimula a inspiração e o CENTRO PNEUMOTÁXICO que termina a inspiração pela inibição do grupo de neurônios dorsais descritos acima Os QUIMIORRECEPTORES que regulam a respiração são localizados centralmente e perifericamente Normalmente o controle é exercido por receptores centrais localizados na medula que respondem à concentração do íon hidrogênio H no líquido cerebroespinhal CSF DETERMINADO PELO pressão de CO2 ARTERIAL que se difunde livremente através da barreira hematoencefálica Mecanismos pulmonares na regulação ácidobásica O LCR tem baixa capacidade tamponante Poucas proteínas Proteínas plasmáticas quimioceptores TECIDO NERVOSO LCR Líquido cefaloraquidiano Sangue venoso Sangue arterial CO2 produzido pelo metabolismo Barreira hematoencefálica TECIDO NERVOSO Barreira hematoencefálica LCR A resposta é rápida e sensível a pequenas mudanças no CO2 arterial PaCO2 Além disso há quimiorreceptores periféricos localizados nos corpos aórticos e carotídeos a maioria dos quais sensíveis à queda da PaO2 e uma pequena minoria que respondem à elevação da PaCO2 O grau de hipoxemia necessário para produzir ativação significativa nesses receptores de O2 é tal que eles praticamente não fazem parte da regulação neural da respiração em condições normais Caso profunda hipoxemia PO2 abaixo de 60 mm Hg se desenvolva passarão a ter alguma importância Isto também acontece nos casos onde a PaCO2 está cronicamente elevada levando a uma diminuição da sensibilidade dos receptores centraisNestes casos o bicarbonato plasmático está também normalmente elevado acidose respiratória compensada QUIMIORRECEPTORES SENSÍVEIS AO VARIAÇÕES DA PaO2 LOCALIZADOS NOS CORPOS CAROTÍDEOS E AÓRTICOS MUDANÇAS NA CONCENTRAÇÃO INTERNA DE CÁLCIO LIBERAÇÃO DE DOPAMINA POR EXOCITOSE ATIVAÇÃO DE FIBRAS AFERENTES VAGAIS ATIVAÇÃO DE UM CONJUNTO DE RESPOSTAS QUE LEVAM A UM AUMENTO DA PaO2 CONTROLE NEURAL DA RESPIRAÇÃO Reflexo quimiorreceptor Corpos carotídeos e aórticos Quimiorreceptores periféricos Quimiorreceptores centrais Bulbo e hipotálamo Centro respiratório bulbar FISIOLOGIA RENAL Papel do Rim no controle do pH plasmático FUNÇÃO E ESTRUTURA RENAL Adrenal gland Renal artery Kidney Inferior vena cava Ureter Rectum Bladder Urinary system Diaphragm Renal vein Aorta Peritoneum cut Renal vein Vascular Tubule Cortex Medulla Renal pelvis Ureter Cortical nephron Capsule Elsevier Carroll Elseviers Integrated Physiology wwwstudentconsultcom ANATOMIA RENAL O RIM Cada rim tem a forma de um grande grão de feijão e as seguintes dimensões em um adulto Peso 120 180 gramas Profundidade 25 3 cm Largura 5 7 cm Altura 10 13 cm Afferent arterioles glomeruli and efferent arterioles are all found in the cortex Capillaries of the glomerulus form a balllike tuft Glomerulus Afferent arteriole Arcuate artery Cortical nephron Arcuate vein Each nephron has two arterioles and two sets of capillaries associated with it Glomerular capillaries Efferent arteriole Afferent arteriole Peritubular capillaries Loop of Henle and collecting duct extend into the medulla Nephron Cortex Medulla Arterioles Distal tubule Bowmans capsule Cortical collecting duct Proximal tubule Thick ascending limb Medullary collecting duct Descending limb Ascending limb Loop of Henle To bladder Juxtamedullary nephron with vasa recta Peritubular capillaries Glomerulus Collecting duct Vasa recta Loop of Henle Elsevier Carroll Elseviers Integrated Physiology wwwstudentconsultcom FILTRA FILTRAÇÇÃO ÃO dos capilares glomerulares para a cápsula de Bowman A filtração glomerular B reabsorção tubular C secreção tubular Princ Princíípios de Forma pios de Formaçção da urina ão da urina A REABSOR REABSORÇÇÃO TUBULAR ÃO TUBULAR é o movimento de água e solutos do lúmen tubular para o sangue independentemente do mecanismo É um processo altamente seletivo e fundamental para algumas substâncias como o Na Cl HCO3 PO4² Ca2 Mg2 glicose aa água entre outras A SECRE SECREÇÇÃO ÃO pode ser definida como a movimentação de solutos do sangue para o lúmen tubular ou de substâncias produzidas nas células tubulares do interior destas para o lúmen tubular É um processo importante para algumas substâncias entre as quais o H K NH4 Capilar periglomerular secreção Células tubulares filtração lúmen Via transcelular Via paracelular solutos água Excreção reabsorção Fluxo de massa sangue ativo passivo BALANÇO RENAL DO BICARBONATO TÚBULO PROXIMAL Lúmen URINA CÉLULA TUBULAR PROXIMAL Liquido intersticial HCO3 APICAL BASAL H Na HCO3 FILTRADO TUBULAR H2CO3 H2O CO2 CO2 CO2 HCO3 H2O H2CO3 H H Cl Cl HCO3 ATP Na K S A N G U E Anidrase carbônica Anidrase carbônica H2O BALANÇO RENAL DA AMÔNIA TÚBULO PROXIMAL Lúmen URINA CÉLULA TUBULAR PROXIMAL Liquido intersticial APICAL BASAL H Na FILTRADO TUBULAR H ATP Na K S A N G U E NH4 GLUTAMINA NH3 desaminação Íon Amônio Amônia Ácido conjugado NH3 H H H Está Induzido em acidose crônica Neutraliza os íons H 35 meqdia excreção normal de Amônia 300 meqdia em acidemia severa base H H H H SEQUENCIA DE TAMPONAMENTO DO PH PROTEÍNAS DO CORPO TROCA RESPIRATÓRIA DE CO2 LEVA MINUTOS EXCREÇÃO RENAL DE HCO3 LEVA DIAS IMEDIATO DISTÚRBIO Aceptores e Doadores de H O pH anormal devido a concentração de bicarbonato alterada CLASSIFICAÇÃO DOS DISTURBIOS ÁCIDOBASE alteração primária Alteração da PaCO2 plasmática alteração secundária ACIDOSE METABÓLICA ALCALOSE METABÓLICA pH mais ácido pela diminuição primária de Bicarbonato no sangue Acidemia Pode ser compensada pela diminuição PaCO2 plasmática secundária respiração rápida e profunda pH mais básico pelo aumento primário de bicarbonato no sangue Alcalemia Pode ser compensada pelo aumento da PaCO2 plasmática secundária respiração pausada O pH anormal devido MUDANÇAS NA PaCO2 sanguinea CLASSIFICAÇÃO DOS DISTURBIOS ÁCIDOBASE alteração primária Alteração plasmática das concentrações de Bicarbonato alteração secundária ACIDOSE RESPIRATÓRIA ALCALOSE RESPIRATÓRIA pH mais ácido pelo aumento primário da PaCO2 no sangue Acidemia Pode ser compensada pelo aumento da concentração de bicarbonato no sangue secundária pH mais básico pela diminuição primária de PaCO2 no sangue Alcalemia Pode ser compensada pelo diminuição da concentração plasmática de Bicarbonato secundária ALCALOSE METABÓLICA Causas comuns ingestão de antiácidos Perda de ácido gástrico vômitos Aumento da perda renal de H No hiperaldosteronismo ALCALOSE RESPIRATÓRIA Causas comuns Hiperventilação por esforço voluntário ansiedade Estimulação dos centros respiratórios secundária a meningite ou a febre ACIDOSE RESPIRATÓRIA Causas comuns É acompanhada de hipóxia Distúrbios de ventilaçãoperfusão Depressão central por sobredose de barbitúritos ACIDOSE METABÓLICA Causas comuns Insuficiência renal Diabetes descompensado cetoasidose Diarréia BIBLIOGRAFIA INDICADA FISIOLOGIA HUMANA Stuart Ira Fox FISIOLOGIA HUMANA Guyton e Hall FISIOLOGIA HUMANA Berne e Levy Conceitos de pH e tampões Sistemas que controlam o pH no organismo Acidose metabólica Alcalose metabólica Acidose respiratória Alcalose respiratória Diagrama de Davenport dá uma representação visual dos distúrbios ácidobásicos DISTURBIOS ACIDOSBASES E SUAS CONSEQUENCIAS FISIOPATOLÓGICAS Efeito do pH na curva de dissociação da hemoglobina células aumento de CO2 hipercapenia O2 CO2 sangue Ajuda na hipóxia tissular Deixa o meio mais ácido Facilita a liberação de O2 O meio mais básico dificulta a liberação de O2 e facilita a ligação de O2 na Hemoglobina Isso facilita o carreamento de Oxigênio no capilares pulmonares No pulmão o pH sanguíneo é levemente alcalino Direita Diminui afinidade Esquerda Aumento afinidade ALCALOSE RESPIRATÓRIA AUMENTO DA SECREÇÃO DE PTH HIPERPARATIREOIDISMO SECUNDÁRIO DISTURBIOS ÓSSEOS OSTEOPOROSE Equação de HendersonHasselbach HA H2O A H3O Ka H3OA HA pKa pH log espécie ionizada espécie não ionizada Coeficiente de ionização pKa bases ácidos fortes fracos fracos fortes pH dos compartimentos biológicos Mucosa gástrica pH 1 Mucosa intestinal pH 5 Plasma pH 74 A equação de HendersonHasselbach pode ser empregada na previsão do comportamento farmacocinético de fármacos Meio extracelular Meio intracelular Espécies ionizadas hidrossolúveis Espécie ñionizada lipossolúvel HA H3O A Aspirina Xilocaína Acido Fraco pKa 35 Base Fraca pKa 80 Concentração relativa 106 100 30 Base protonada BH A ionização é maior em pH ácido Base livre A ionização é maior em pH alcalino 01 100 400 Ácido não dissociado AH Ânion Suco gástrico pH 3 Plasma pH 74 Urina pH 8 ALCALINIZAÇÃO DA URINA ACELERA ELIMINAÇÃO DOS ÁCIDOS FRACOS RETARDA A ELIMINAÇÃO DAS BASES FRACAS ACIDIFICAÇÃO DA URINA RETARDA ELIMINAÇÃO DOS ÁCIDOS FRACOS ACELERA A ELIMINAÇÃO DAS BASES FRACAS BICARBONATO aumenta o pH da urina facilita a eliminação dos salicilatos Importante para tratamento de uma superdosagem de ASPIRINA ADMINISTRAÇÃO INTRAVENOSA FARMACOS ÁCIDOS REA REAÇÇÃO INFLAMAT ÃO INFLAMATÓ ÓRIA RIA N Eng J Med1998 338 43545 Promotes swelling Mast cell Bradykinin Substance P Prostaglandins K Histamine Noxious signal Dorsal root ganglion Noxious signal Blood vessel Substance P Spinal cord CARACTER CARACTERÍÍSTICAS DA REA STICAS DA REAÇÇÃO ÃO INFLAMAT INFLAMATÓ ÓRIA RIA CALOR CALOR RUBOR RUBOR EDEMA EDEMA DOR DOR PERDA DA PERDA DA FUN FUNÇÇÃO ÃO ANTIINFLAMATÓRIOS ÁCIDO ACETIL SALICÍLICO Ácido orgânico fraco pKa 35 PK absorvido no estômago e principalmente no intestino Eliminado na forma de saliciliato Alcalinização da urina aumenta a eliminação de salicilato HASac H2O ASac H3O Inibe a BIOSSÍNTESE das prostaglandinas MEDIADORES QUÍMICOS QUE PROVOVEM INFLAMAÇÃO AGREGAÇÃO PLAQUETÁRIA DOR E FEBRE MECANISMO DE AÇÃO DA ASPIRINA E SEUS EFEITOS FARMACOLÓGICOS Diurese alcalina SOBREDOSE Estimula o centro respiratório hiperventilação dimunição da PCO2 alcalose respiratória FARMACOS BÁSICOS Fármacos básicos Anestésicos locais pKa em torno de 8 a 9 Bloqueiam de modo reversível a condução de impulsos ao longo dos axônios dos nervos e outras membranas excitáveis que utilizam canais de sódio com principal meio de geração de potenciais de ação Xilocaína Anestésicos locais São bases fracas e são apresentados geralmente na forma de sais por razões de estabilidade e solubilidade Apresentam pKa em torno de 8 a 9 No pH fisiológico há uma fração maior da forma catiônica presente nos líquidos corporais A forma catiônica é que tem atividade no local receptor embora a forma não ionizada é muito importante para a penetração rápida de membranas biológicas Os receptores situamse no lado interno da membrana Tecidos infectados baixo pH extracelular pouco efeito TRANSTORNO ACIDOBÁSICO POR SUBERDOSAGEM DE SALICILATO Criança com três anos de idade é trazida ao departamento de emergência Única história pertinente do menino foi encontrado brincado com um vidro de comprimidos de aspirina A gasometria do sangue arterial revelou Estudo dirigido pH 747 PCO2 20 mmHg HCO3 14 mEql Limites confiáveis de normalidade PCO2 37 mmHg e 45 mmHg Bicarbonato 22meql e 26 meql Durante os 30 minutos seguintes a criança ficou menos responsiva a estímulos e a frequencia respiratória diminui 1 identifique o transtorno ácidóbásico inicial 2 que ação a aspirina causa a diminuição da PCO2 3 O que é responsável pela queda nas HCO3 4 Se a criança não for tratada qual transtorno ácidobasico ocorrerá em seguida 5 indique um possível tratamento Qual é o pH ácido básico Excesso de CO2 Acidose respiratória sim Qual é o HCO3 Qual é o HCO3 compensada misto compensada misto compensada compensada É causado pela diminuição de HCO3 não não não Erro checar dados sim sim sim não É causado pelo aumento de HCO3 É causado pela diminuição CO2 Alcalose respiratória Alcalose metabólica Acidose metabólica Qual é o CO2 Qual é o CO2 alto baixo baixo baixo baixo alto alto alto Algorítmo que permite determinar a causa do distúrbio ácidobásico 1 existe alcalose branda Algoritmo indica alcalose respiratória Bicarbonato normal é de 22 mEql normal é de 24mEql reduzido em 2 mEql devido a queda de PaCO2 O Bicarbonato real é mais baixo provavelmente a alcalose respiratória foi parcialmente compensada pelo pela excreção renal de Bicarbonato RESPOSTAS 2 Os salicilatos estimulam diretamente o centro respiratório aumentando a ventilação Isso provoca queda na PaCO2 e a alcalose respiratória é um achado inicial na superdosagem de salicilatos 3 A baixa de Bicarbonato resulta na compensação metabólica da alcalose respiratória Diminuição da reabsorção e aumento da excreção de Bicarbonato bicarbonato 4 acidose metabólica progressiva Diminuição da freqüência respiratória pode levar ao acumulo de CO2 que na presença de Bicarbonato reduzido produzirá acidose metabólica combinada a acidose respiratória 5 alcalinização da urina com administração intravenosa de bicarbonato para pacientes com acidemia relevante A alcalinização mantém os salicilatos ionizados no sangue e evita sua penetração nos tecidos Esse processo também auxilia na eliminação dos salicilatos na urina pH urinário acima de 8