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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 0,4nM (0,4x10-7)

80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia.

ÁCIDOSConceito 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 deprótons, um substância que pode transferir um próton para outra.

BASESConceito 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

CH3-COOH + H2O CH3-COO - + 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 hidrônioácido 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] [H2O]2

K.[H2O]2 = Kw = [ H3O+] [OH -] = 10-14

Na água pura a [H+] é igual a [OH-] que é igual a 10-7

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 NEUTRAALTA FORÇA

IÔNICAALTA 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 10-14.

ESCALA DE pH

pH H3O+

(mols/L)OH-

(mols/L)

0 100 = 1 10-14=0,000 000 000 000 01

3 10-3 = 0,001 10-11=0,000 000 000 01

7 10-7 = 0,000 000 1 10-7=0,000 000 1

10 10-10 = 0,000 000 000 1 10-4=0,000 1

14 10-14 =0, 000 000 000 000 01 10-0=1

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

7,47,0 7,8

Faixa de sobrevida

Acidose AlcalosepH normal

Aumento da [H+]

7,4

Acidose

Alcalose

Queda do pH

Acúmulo de ácidos

Acúmulo de basesPerda de ácidos

Perda de bases

Diminuição da [H+]

Escala de pHAumento 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

METABOLISMOALTERAÇÕES

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

7.0 Catalase

4.6 - 5.2 Amylase (malt)

6.7 - 7.0 Amylase (pancreas)

6.1 - 6.8 Maltase

4.5 Invertase

7.0 Urease

7.8 - 8.7 Trypsin

1.5 - 1.6 Pepsin

4.7 Lipase (castor oil)

4.0 - 5.0 Lipase (stomach)

8.0 Lipase (pancreas)

pH Optimum Enzyme

fonte: http://www.worthington-biochem.com/introBiochem/effectspH.html

COMPARTIMENTOS biológicos COM pH diferenciado

Ativação de enzimas específicas

Garantem a homeostaseTanto da células quanto do organismo

Canalículossecretórios(pH < 2,0)

H+ K+

ATPase

Citosol(pH 7,3)

CCéélula parietallula 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

HClHCl

Sangue(pH 7,4)

OmeprazolOmeprazol

irreversirreversíívelvelPEPSINA

RR

P P

4 - DEGRADAÇÃO

RA

A A

2 - SEQUESTRO

3- RECICLAGEM

RA

Arr

FOSFATASES

REGULAÇÃO DE RECEPTORES INDUZIDA POR AGONISTAS

FUNCIONAM EM Ph mais ácido < 7

Ph mais ácido < 6PROTEASES

H+ bombaDe protóns

H+

ATP ADP

H+

GRKs = quinasesdependentes de receptores acoplados a proteína G

1- DESSENSIBILIZAÇÃO

GRKsR

P

A

Arr

AC

Ptn G(quinases)

Alterações bruscas de pH podem levar as proteínas a desnaturação

Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicos

Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3

Metabolismoaeróbico da glicose Metabolismo

anaeróbico da glicoseÁcido Carbônico

Ácido LáticoÁcido Sulfúrico

Ácido FosfóricoCorpos Cetônicos Ácidos

H+

Oxidação de Amino ácidosSulfurados

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 CO

O-Acetoacetato

CH3 C

OH

H

CH2 CO

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 extra-hepáticos (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).

• Cetose:aumento da concentração de Corpos Cetônicos nos Tecidos Líquidos e Corporais.

• Velocidade de formação de Corpos Cetônicosé 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-) àmedida que circula no sangue diminuição do pH corporal cetoacidose.

Corpos Cetônicos

EXTERNALIZAÇÃO DE TRANSPORTADORES DE GLICOSE INDUZIDA POR INSULINA

reserva intracelular de transportadores de glicosepresente nos endossomas

Mobilização da reserva intracelular de

transportadores de glicose

para a membrana plasmática

Transportador de glicoseReceptor de insulina

Células não estimulada

Insulina

Mais Transportadores

de glicoseCélulas estimulada

EXOCITOSE

DM do tipo 1 resulta primariamente da destruição das células beta pancreáticas e tem tendência à cetoacidose;

Inclui casos decorrentes de doença auto-imune 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 auto-imune 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 cetoacidoseocorre 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

SBD, 2002

pH dos Líquidos Corporais

Concentração de H+ em mEq/l pHLíquido Extracelular

Sangue arterial 4.0 x 10-5 7.40Sangue venoso 4.5 x 10-5 7.35Líquido Intersticial 4.5 x 10-5 7.35

Líquido Intracelular 1 x 10-3 a 4 x 10-5 6.0 a 7.4

Urina 3 x 10-2 a 1 x 10-5 4.5 a 8.0

HCl gástrico 160 0.80

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

Indicador-H H+ + Indicador(Cor A) (Cor B)

Medidas de pH

Indicadores de pHIndicadores de pH são substâncias (corantes)

utilizadas para determinar o valor do pH

Exemplos

Metil-violeta

pH0 2 4 6 8 10 12

Amarelo Violeta

Tornassol Amarelo Azul

incolor Vermelho Violeta

Fenolftaleína

Os Sistemas Tampões

COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO

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 ÁCIDO-BASE CONJUGADO

CH3COOH / CH3COO- NH4+ / NH3ou

Íon Amônio Amônia

ácido base- conjugada

Acido acético acetato

Ácido- conjugado base

COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO

Íons OH- são adicionados à solução-tampão:

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 fracobase conjugada

COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO

Íons H+ são adicionados à solução-tampão:

[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

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)

CONSIDERANDO-SE 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) (base-conjugada)

Base muito fraca

CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO

Considerando-se 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

CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H+

(aq)ÁCIDO ACÉTICO

ÁCIDO FRACO(base-conjugada)

BASE FRACA

Ka

QUAL É A COMPOSIÇÃO E AÇÃODAS SOLUÇÕES-TAMPÃO?

COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO

Preparação

Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca

com um sal do ácido ou da base.

ácido carbônico bicarbonato 4.45 x 10-7 5,35 -7,35

EQUAÇÃO DE HENDERSEN-HASSELBALCH

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 + logpH

pH = pKa - log [HX][X-]

[X-][HX]

= pKa + log

ÁCIDO ACÉTICO

ÁCIDO FRACO BASE FRACA

Ka

Ka da reação = 1.8 x 10-5 pKa = – log KapKa = – log Ka

pH = pKa = 4,74

Se a relação de entre os produtos e o reagente for de 1/10

pH = pKa + log[X-][HX]

(4,74)

pH = 4,74 - 1 pH = 3,7

CH3COOH(aq)acetato (base-conjugada)CH3COO-

(aq) + H+(aq)

C H 3 C O O -(a q )

C H3

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 10/1

pH = 4,74 + 1 pH = 5,74

CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H+

(aq)ÁCIDO ACÉTICO

ÁCIDO FRACO

(base-conjugada)

BASE FRACA

Ka

Ka da reação = 1.8 x 10-5 pKa = – log KapKa = – log Ka

pH = pKa = 4,74

pH = pKa + log[X-][HX]

(4,74)C H 3 C O O -

(a q )

C H3

C O O H( a q )

ESPÉCIE ÁCIDA

ESPÉCIE BÁSICA

(10 mM)

(1 mM) Mais básico

COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO

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 = 4,74Valor do pH serápróximo de 4,74(ácido acético/acetato)

Poder TamponantepH do tampão Concentrações do sal e do ácido

Relação Sal/Ácido = 0,1 (1/10) pH = pKa + log 0,1

pH = pKa -1

Relação Sal/Ácido = 10/1 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 = 3,7(ácido acético/acetato)

pH = 5,74(ácido acético/acetato)

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

CH3-COOH + CH3-COONaAcetato

Bicarbonato H2CO3 + NaHCO3

Fosfato H2PO-4 + NaHPO4

Amônia NH4OH + NH4Cl

COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO

Preparação

Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca com um sal do ácido ou da base.

ácido carbônico bicarbonato 4.45 x 10-7 5,35 -7,35

Sistemas Primários Reguladores do pH

Os sistemas químicos de tampões ácido-base 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 organismoresponsável 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 RENALFavorece eliminação de íons hidrogênio pela

desaminação da glutamina

SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO

Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue.

SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO

H2CO3 / HCO3- : são um par ácido base conjugado.

SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO

Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato:

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) H2CO3(aq) H2O(l) + CO2(g)

rim pulmão

SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO

Para que o tampão tenha pH de 7,4, 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

0,024 mol / L e 0,0012 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 SOLUÇÃO-TAMPÃO

TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO

Se um tampão apresentar mais espécies básicas (tampão básico) – ele irá suportar maior adição de ácidos

Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicos

Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3

Metabolismoaeróbico da glicose Metabolismo

anaeróbico da glicoseÁcido Carbônico

Ácido LáticoÁcido Sulfúrico

Ácido FosfóricoCorpos Cetônicos Ácidos

H+

Oxidação de Amino ácidosSulfurados

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 7,4

pH abaixo de 7,35 indica acidose, devido a alta de H+

pH acima de 7,45 indica alcalose, como resultado da diminuição de H

pH abaixo de 6,8 ou acima de 7,8 é, praticamente, fatal.

alcalose7,700,0002

normal7,400,00004

acidose7,220,00006

Status Ácido-Básico

pH[H+] (mEq/l)

O pH do plasma

Limites confiáveis:

PCO2 37 mmHg e 45 mmHg

Bicarbonato 22meq/l e 26 meq/l

Sistema de tamponamento dióxido de carbono-bicarbonato é o principal tampão extracelular

Controle SNC e pulmão

Controle renal

Tamponamento intracelular :Hemoglobina ProteínasFosfato dibásicoCarbonato 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 ÁCIDO-BASE

Os principais órgãos que regulam o pH do sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato 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 5,0 a 7,0.

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

deslocam-se 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 ÁCIDO-BASE

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 hemato-encefálica.

Mecanismos pulmonares na regulação ácido-básica

O LCR tem baixa capacidade tamponante

Poucas proteínasProteínas plasmáticas

quimioceptores

TECIDO NERVOSO LCR Líquido cefaloraquidiano

Sangue venoso

Sangue arterial

CO2 produzido pelo

metabolismo

Barreira hematoencefálica

TECIDO NERVOSOBarreira 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

centrais.Nestes 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

ANATOMIA RENAL – O RIMCada rim tem a forma de um grande grão de feijão e as seguintes dimensões em um adulto

Peso = 120 - 180 gramas

Profundidade = 2,5 - 3 cm

Largura = 5 - 7 cm

Altura = 10 - 13 cm

FILTRAFILTRAÇÇÃOÃOdos capilares

glomerulares para a cápsula de Bowman

A – filtraçãoglomerular

B – reabsorçãotubular

C – secreçãotubular

PrincPrincíípios de Formapios de Formaçção da urinaão da urina

A REABSORREABSORÇÇÃO TUBULARÃO 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, a.a., água, entre outras.

A SECRESECREÇÇÃOÃO 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

Excreçãoreabsorção

Fluxo de massa

sangue ativo

passivo

BALANÇO RENAL DO BICARBONATO

TÚBULO PROXIMALLúmen

URINACÉLULA TUBULAR

PROXIMAL

Liquido intersticial

HCO3

APICAL BASAL

H +

Na+

HCO3

FILTRADO TUBULAR

H2CO3

H2OCO2 CO2 CO2

HCO3

H2O

H2CO3

H +H +

Cl_Cl

_

HCO3

ATP Na+K+

SANGUE

Anidrasecarbônica

Anidrasecarbônica

H2O

BALANÇO RENAL DA AMÔNIA

TÚBULO PROXIMALLúmen

URINACÉLULA TUBULAR

PROXIMAL

Liquido intersticial

APICAL BASAL

H +

Na+

FILTRADO TUBULAR

H +

ATPNa+

K+

SANGUENH4+

GLUTAMINA

NH3

desaminação

Íon AmônioAmônia

Ácido- conjugado

NH3

H +H +

H +Está Induzido em acidose

crônica

Neutraliza os íons H+

35 meq/dia excreção normal de Amônia

+ 300 meq/dia 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 ÁCIDO-BASE

(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 ÁCIDO-BASE

(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 ventilação/perfusão

Depressão central por sobredose de barbitúritos

ACIDOSE METABÓLICA

Causas comuns

Insuficiência renal

Diabetes descompensado (cetoasidose)

Diarréia

BIBLIOGRAFIA INDICADA

FISIOLOGIA HUMANA – Stuart Ira FoxFISIOLOGIA HUMANA – Guyton e HallFISIOLOGIA 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 ácido-básicos

DISTURBIOS ACIDOS-BASES

E

SUAS CONSEQUENCIAS FISIOPATOLÓGICAS

Efeito do pH na curva de dissociação da hemoglobina

células

aumento de CO2

hipercapenia

O2

CO2

sangue

Ajuda na hipóxiatissular

Deixa o meio mais ácidoFacilita a liberação de O2

O meio mais básicodificulta 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

DireitaDiminui afinidade

EsquerdaAumento afinidade

ALCALOSE RESPIRATÓRIA

AUMENTO DA SECREÇÃO DE PTH

HIPERPARATIREOIDISMO SECUNDÁRIO

DISTURBIOS ÓSSEOS(OSTEOPOROSE)

Equação de Henderson-Hasselbach

HA + H2O = A- + H3O+ Ka =[H3O+][A-]

[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 7,4A equação de Henderson-Hasselbach pode ser empregada na previsão do comportamento farmacocinético de fármacos

Meio extracelular Meio intracelular

Espécies ionizadas = + hidrossolúveis

Espécie ñ-ionizada = + lipossolúvel

HA

H3O+ + A-

Aspirina

Xilocaína

Acido FracopKa 3,5

Base FracapKa 8,0

Con

cent

raçã

o re

lativ

a

106

100

30

Base protonada

BH+

A ionização é maior em pH ácido

Base livre

A ionização é maior em pH alcalino

> 0,1100

400

Ácido não dissociado

AH

Ânion

Suco gástricopH = 3

PlasmapH = 7,4

UrinapH = 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

REAREAÇÇÃO INFLAMATÃO INFLAMATÓÓRIARIA

N. Eng. J. Med.,1998, 338, 435-45.

CARACTERCARACTERÍÍSTICAS DA REASTICAS DA REAÇÇÃO ÃO INFLAMATINFLAMATÓÓRIARIA

CALORCALOR RUBORRUBOR EDEMAEDEMA DORDOR

PERDA DA PERDA DA FUNFUNÇÇÃOÃO

ANTI-INFLAMATÓRIOS

ÁCIDO ACETIL SALICÍLICO

Ácido orgânico fraco, pKa 3,5 - 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 – dimuniçãoda PCO2 - alcalose respiratória

FARMACOS BÁSICOS

Fármacos básicos

Anestésicos locaispKa 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 situam-se no lado interno da membrana.

Tecidos infectados baixo pH extracelular pouco efeito.

TRANSTORNO ACIDO-BÁSICO 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 : 7,47

PCO2 = 20 mmHg[HCO3] = 14 mEq/l

Limites confiáveis de normalidade:

PCO2 37 mmHg e 45 mmHg

Bicarbonato 22meq/l e 26 meq/l

Durante os 30 minutos seguintes, a criança ficou menos responsiva a estímulos e a frequencia respiratória diminui.1- identifique o transtorno ácidó-básico 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 ácido-basico ocorrerá em seguida5 – 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 mistocompensada compensada

É causado pela

diminuição de HCO3 ?

não

não não

Erro: checar dados

sim sim

sim

nãoÉ 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 baixoalto alto alto

Algorítmo que permite determinar a causa do distúrbio ácido-básico

1- existe alcalose branda.Algoritmo indica alcalose respiratória.

Bicarbonato normal é de 22 mEq/l (normal é de 24mEq/l), reduzido em 2 mEq/l 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, produziráacidose 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.