fisiologia de ácidos e bases fisiologia do próton

Fisiologia de ácidos e bases

Fisiologia do Próton

Objetivo:

Manutenção do pH sistêmico na faixa de normalidade.

pH arterial entre 7,37 e 7,43

pH = 7,4 --> [H+] 40 nanomoles/L (10-9 M)

nmol/L

pH = - log10 [H+] (mol/L)

Variação de 10 vezes mudança de 1 U pH

Variação de 2 vezes mudança de ~ 0,3 U pH

[H+] = 40 10-9 mol/LpH = 7.4

[HCO3-] = 24 10-3 mol/L

[Na+] = 140 10-3 mol/L

Há uma grande diferença entre a concentração de H+ e a

concentração dos demais íons dos fluidos corporais

O metabolismo diário:

produção de excesso de ácidos em relação a bases.

• O ácido gerado de forma mais abundante é o ácido carbônico,

proveniente da oxidação completa de ácidos orgânicos:

15.000 a 20.000 mmol de CO2/ dia

O CO2 não se acumula no organismo,

é eliminado pelos pulmões

Durante a oxidação de substratos orgânicos, há geração de

intermediários e metabólitos que são ácidos orgânicos

relativamente fortes:

- Ácido lático

- Ácidos tricarboxílicos

- Ceto-ácidos

Os ânions desses ácidos, igualmente não se acumulam, a

não ser temporariamente, se produzidos em excesso.

São metabolizados a CO2 e H2O ou são eliminados na urina.

Alguns ácidos produzidos durante o metabolismo não podem

ser oxidados a CO2:

Ácidos orgânicos:

- ácido úrico

- ácidos glicurônico

- ácido oxálico

Ácidos inorgânicos:

- H2SO4 - H3PO4 - HCl

A manutenção do pH na faixa de normalidade requer a atuação de três mecanismos fisiológicos fundamentais:

- Tamponamento intra e extracelular, o que amortece as variações no pH

- O funcionamento dos pulmões, que determinam a taxa de eliminação de CO2

- O funcionamento dos rins, que controlam o conteúdo de HCO3-

no organismo

• Tamponamento intra e extracelular:

• amortece as variações no pH

Bronsted:

Ácido é qualquer substância química que pode doar um próton

Base é qualquer substância química que pode receber um H+

Concentração total do tampão: [TT]

[TT] = [HA + A-]no equilíbrio:

K = [A-] . [H+] / [HA]

Ácido fraco base conjugada

HA A-

NH4+ NH3 + H+ pK = 9,2

H2C03 HCO3- + H+ pK = 3,6

H2PO4 HPO42- + H+ pK = 6,8

R - NH3+ R – NH2 + H+ pK = 9,1

R – COOH R – COO- + H+ pK = 1,0

TAMPÃO

K = [A-] . [H+] / [HA]

pH = pK + log ([A-] / [HA])

pH = - log [H+] e pK = - log K

Equação de Henderson Hasselbalch

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

02468101214161820

pH

Ácido adicionado, mmol

HCl

H+ + Cl- + A- HA + Cl-

NaOH

Na+ + OH- + HA A- + H20 + Na+

A- pH = pK + log HA

A- + HA constante

A- pH = pK + log HA

A- + HA constante

Capacidade tamponante de um par-tampão específico depende:

. Da concentração total do tampão

. Do pK do tampão

. Do pH da solução (capacidade tamponante é maior para pH próximo ao pK)

Capacidade tamponante: quanto (em mmoles) de base forte pode

ser adicionada à solução até que o pH se eleve de 1 U

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

02468101214161820

A

B


Tampões importantes nos fluidos biológicos:

CO2/HCO3-

Proteínas:Albumina e globulinas no plasma: capacidade tamponante 3,9 mmol/L

Hemoglobina (Ht = 45%): capacidade tamponante 25 mmol/L

Fosfato inorgânico:Conc. plasma = 1 mmol/L

H2PO4- HPO4

2- + H+ (pK = 6,8)

Mais importante como tampão urinário, contribuindo para a acidez titulável.

Tampões intracelulares: proteínas, CO2/bicarbonato, fosfato inorgânico, e fosfato orgânico.

TAMPÃO HCO3- / CO2

Equilíbrio químico para o sistema CO2 / HCO3-

O CO2 se dissolve na água, mas além disso reage com esta.

A quantidade de CO2 dissolvido na água é proporcional à pressão parcial

de CO2, PaCO2, que é definida pelo ar alveolar:

Lei de Henry: [CO2]dis = αCO2 . PaCO2

Coeficiente de solubilidade do CO2 em água0,03 mmol/L . mmHg

CO2 dissolvido em água forma ácido carbônico:

[CO2]dis + H2O H2CO3

Na ausência da enzima anidrase carbônica (a.c.) essa reação é lenta. Com anidrase carbônica é muito rápida(no equilíbrio a relação [CO2]dis/H2CO3 = 340)

a.c.

H2CO3 é um ácido forte (pK = 3,6 a 37oC):

H2CO3 H+ + HCO3-

Podemos combinar as reações:

[CO2]dis + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

pH = pK + log10 { [HCO3-] / αCO2 . PaCO2}

pH = 6,1 + log10 { [HCO3-] / 0,03 . PaCO2 }

Equação de Henderson Hasselbalch

A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO3-

pH HCO3-

mM

7,1 12

7,2 15

7,3 19

7,4 24

7,5 30

7,6 38

7,7 48

7,8 60

Para PCO2 = 40 mmHg

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

Elevação da pCO2

Queda da

pCO2

pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2)

PCO2 = 40 mmHg

HCl

HCO3- + H+ + Cl- H2CO3 Cl- + H2O + CO2

CO2 constante

[HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

Elevação da pCO2

Queda da pCO2


Aumento de ácido fixo

pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2)

Sistema fechado

PCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mM

CO2dis = 1,2 mM

H2CO3 = 0,0036 mM

H+ = 40 nM

5 mmol de HCl

pH = 7,4

Sistema fechado

PCO2 = 206 mmHg

HCO3- = 19 mM

CO2dis = 6,2 mM

H2CO3 = 0,018 mM

H+ = 257 nMpH = 6,59

Sistema aberto

PCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 Mm

CO2dis = 1,2 mM

H2CO3 = 0,0036 mM

H+ = 40 nM

CO2

40 mmHg

pH = 7,4

PCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 19 Mm

CO2dis = 1,2 mM

H2CO3 = 0,0036 mM

H+ = 50 nM

Sistema aberto

CO2

40 mmHg

pH = 7,3

5 mmol de HCl

Na+ OH-

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

CO2 constante

[HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2

Fonte inesgotável de CO2

(pulmões)

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

Elevação da pCO2

Queda da pCO2


Aumento de base fixa

pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2)

Sistema fechado

PCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mM

CO2dis = 1,2 mM

H2CO3 = 0,0036 mM

H+ = 40 nM

1 mmol de NaOH

pH = 7,4

Sistema fechado

PCO2 = 7 mmHg

HCO3- = 25 mmol/L

CO2dis = 0,2 mmol/L

H2CO3 = 0,00006 mM

H+ = 6,3 nMpH = 8,2

Sistema aberto

PCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mmol/L

H2CO3 = 1,2 mmol/L

H+ = 40 nEq/L

1 mmol de NaOH

CO2

40 mmHg

pH = 7,4

PCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 25 mmol/L

H2CO3 = 1,2 mmol/L

H+ = 38 nEq/L

Sistema aberto

CO2

40 mmHg

pH = 7,42

No organismo o tampão HCO3-/CO2 está presente concomitantemente

com tampões fixos

TITULAÇÃO DE HCO3- E UM TAMPÃO FIXO

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

0510152025

HCO3-

Tampão Fixo


O sistema HCO3-/CO2 é

muito mais eficiente do que os tampões fixos

Numa solução com vários tampões, todos os tampões contribuirão para o

tamponamento.

A contribuição de cada tampão dependerá da sua concentração e do seu pK

Princípio iso-hídrico

H+ + HCO3- CO2 + H2O

H+ + Albumina- Albumina.H

H+ + Hemoglobina- Hemoglobina.H

H+ + HPO42- H2PO4

-

H+ + A- HA

H+ Cl-

pH = 6,1 + log [HCO3-] = pKalb + log [Alb-] = pKhem + [Hem-] = 6,8 + log [HPO4

2-] = pKA + log [A-] 0,03. PCO2 [Alb] [Hem] [H2PO4

-] [A]

Tamponamento de CO2

Distúrbios respiratórios

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+


40 mmHg 1,2 mM 24 mM 0,000040 mM (pH = 7,4)


80 mmHg 2,4 mM 24,000040 mM

0,000080 mM (pH = 7,1)

Equilíbrio

Normal

Se houver apenas tampão HCO3-, o pH muda muito,

mas a mudança no HCO3- não é significativa

Tamponamento de CO2

Distúrbios respiratórios



40 mmHg 1,2 mM 24 mM 0,000040 mM (pH = 7,4)


20 mmHg 0,6 mM 23,999980 mM

0,000020 mM (pH = 7,7)

Equilíbrio

Normal

O pH varia significativamente, mas a variação na concentração de HCO3- é imperceptível

Tamponamento de CO2 em presença de

bicarbonato e outros tampões


H+ vai se ligando a outros tampões não-bicarbonato, que estão em concentração na ordem de mM

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ A-

HAEquilíbrio

80 mmHg

Outros tampões (fixos)

Neste caso, a concentração de HCO3- se eleva significativamente


H+ vai sendo fornecido de outros tampões não-bicarbonato, que estão em concentração na ordem de mM

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ A-

HAEquilíbrio

20 mmHg

Outros tampões (fixos)

Neste caso, a concentração de HCO3- se reduz significativamente

A inclinação dessa reta depende dos tampões não-bicarbonato presentes no meio

ELEVANDO A PCO2

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

Isóbara de 40 mmHg

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

ELEVANDO A PCO2

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

BAIXANDO A PCO2

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

Elevação da pCO2

Queda da pCO2

A LINHA DE TAMPONAMENTO DO CO2

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

ADICIONANDO ÁCIDO FIXO

ADICIONANDO BASE FIXA

7,0

7,2

7,4

7,6

7,8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

JUNTANDO TUDO

Nomograma de Davenport

PARECE FAMILIAR...

[HCO3-]

pH

inverte ....

7.0

7.2

7.4

7.6

7.8

0 10 20 30 40 50

[HCO3-], mmol/L

pH

[HCO3-]

pH = 6,1 x log 0,03 x pCO2

Controlado pelos rins

Controlado pelos pulmões

O pH do sangue é determinado pela razão entre [HCO3-] e pCO2

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