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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
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11
12
02468101214161820
pH
Ácido adicionado, mmol
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1
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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
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1
2
3
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8
9
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02468101214161820
A
B
Ácido adicionado, mmol
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02468101214161820
A
B
Ácido adicionado, mmol
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
02468101214161820
A
B
Ácido adicionado, mmol
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
02468101214161820
A
B
Ácido adicionado, mmol
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
A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO3-
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
A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO3-
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
Ácido adicionado, mmol
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+
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
40 mmHg 1,2 mM 24 mM 0,000040 mM (pH = 7,4)
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
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
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
40 mmHg 1,2 mM 24 mM 0,000040 mM (pH = 7,4)
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
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
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
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
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
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
ELEVANDO A PCO2
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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