Quais os principais órgãos envolvidos no equilíbrio ácido base?

Visão Geral do pH

O pH é a medida quantitativa da acidez ou basicidade de uma solução.

• pH = –log 10 [H + ]:
  • [H + ] = concentração de iões de hidrogénio (ou seja, protões) em solução
  • Escala logarítmica de 1 a 14
    • 1 = maximamente ácido, 14 = maximamente básico
    • 7 = ponto neutro: concentrações iguais de H + e OH –
• O pH normal do sangue arterial é de aproximadamente 7.40.
• A faixa normal é bem regulada para permanecer entre 7.35 e 7.45.
  • Acidemia: mais iões de hidrogénio (H + ) no sangue = pH< 7.35
  • Alcalemia: mais iões hidróxido (OH – ) no sangue = pH> 7.45
• “-emia” vs. “-ose”
  • “-emia” significa “no sangue”.
  • “-ose” refere-se a um processo: Acidose e alcalose referem-se aos processos que causam acidemia e alcalemia.

Relação entre o pH do sangue e a concentração de iões de hidrogénio

Tabela: Exemplos de valores de pH de vários fluidos

Vídeos recomendados

Ácidos, Bases e Tampões

As concentrações relativas de ácidos e bases no sangue determinam o seu pH. Os tampões fornecem uma solução de curto prazo para distúrbios neste equilíbrio antes que os pulmões e os rins possam atuar definitivamente para restaurar o equilíbrio.

Ácidos

Os ácidos são compostos que podem doar protões (H +) ou aceitar eletrões.

• H + são libertados quando os ácidos se dissociam em solução → ↓ pH
• Classificado por força e volatilidade:
  • Ácidos fortes:
    • Totalmente ionizados em água
    • Mais H + libertado na água → maior efeito no pH
    • Exemplo: ácido clorídrico (HCl)
  • Ácidos fracos:
    • Ionizam parcialmente em água
    • Menos H+ libertado na água → efeito relativamente menor no pH
    • Exemplo: ácido carbónico (H2CO3)
  • Ácidos voláteis:
    • Podem mudar de estado para um gás → removível pelos pulmões
    • Exemplo primário: CO2
    • O corpo produz aproximadamente 15.000 mmol de ácido volátil por dia através do metabolismo aeróbico.
  • Ácidos não voláteis (fixos):
    • Não podem mudar de estado para um gás → não removível pelos pulmões
    • Removido pelos rins
    • O corpo produz aproximadamente 70 mmol de ácidos fixos por dia através do metabolismo anaeróbico e do trato GI.
    • Exemplos: ácido lático, ácido úrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico

Bases

As bases são compostos que podem aceitar protões (H +) ou doar eletrões.

• Os íons hidróxido (OH – ) são libertados quando as bases se dissociam em solução:
  • OH – combina com H+ livre para formar H2O.
  • O resultado líquido é menor [H+ ] → ↑ pH (torna-se mais básico)
• Classificado por força:
  • Bases fortes:
    • Totalmente ionizadas em água
    • Mais OH – libertado na água → maior efeito no pH
    • Exemplo: hidróxido de sódio (NaOH)
  • Bases fracas:
    • Ionizam parcialmente em água
    • Menos OH – libertado na água → efeito relativamente menor no pH
    • Exemplos: bicarbonato (HCO3– ), amónia (NH3)

Tampões

Tampões são substâncias que consomem ou libertam iões de hidrogénio (H+ ) para estabilizar o pH.

• A potência tampão refere-se à quantidade de H+ que pode ser adicionada ou removida.
• Categorizados como tampões de bicarbonato e não bicarbonato:
  • Bicarbonato (HCO3– ):
    • Tampão mais importante fisiologicamente
    • HCO3– + H+ ⇆ H2 CO3 ⇆ CO2 + H2O
  • Tampões não bicarbonato:
    • Menos importante fisiologicamente
    • Exemplos: proteínas (por exemplo, albumina, hemoglobina), fosfatos
• pK: pH de um tampão quando está 50% ionizado
  • Exemplo: bicarbonato
    • HCO3– + H+ ⇆ H2 CO3
    • 50% HCO3– e 50% H2CO3 ocorre em pH 6.1.
    • pK de bicarbonato = 6.1
  • Define a faixa de pH ideal para capacidade de tampão de um tampão específico
  • Os tampões funcionam melhor quando o pK está próximo do pH do fluido que estão a tamponizar.
• Equação de Henderson-Hasselbalch:
  • Fórmula usada para determinar o pH do sangue
  • O pH do sangue depende principalmente da relação entre as quantidades de HCO3– (base) e CO2 (ácido) no sangue.
  • Equação: pH = 6.1 + log ([HCO3– ]/[0,03 × PCO2 ] )
    • 6.1 = pK de HCO3– (tampão dominante no sangue)
    • [HCO3– ] = concentração de bicarbonato no sangue medida em mEq/L
    • PCO 2 = pressão parcial de CO2 no sangue medida em mm Hg
    • 0,03 = fator de solubilidade para CO2
  • Usado para gerar curvas de titulação

Tabela: Exemplos de Henderson–Hasselbalch

Curva de titulação de bicarbonato no sangue

Vídeos recomendados

Abordagem de Ácido nos Pulmões

O corpo produz aproximadamente 15.000 mmol de ácidos voláteis e 70 mmol de ácidos não voláteis diariamente. Os pulmões e os rins trabalham em conjunto para eliminar esta carga ácida diária, o que impede que a capacidade de tamponamento do sangue esteja sobrecarregada, permitindo assim manter um pH normal.

• A carga ácida primária produzida pelo corpo está na forma de CO2 (um ácido volátil) produzido através do metabolismo aeróbico.
• O CO2 é eliminado pelo trato respiratório.
• ↑ CO2 → ↑ respiração

Fatores envolvidos no equilíbrio ácido-base diário

Abordagem de Ácido nos Rins

Os rins são os principais responsáveis pela eliminação dos ácidos fixos (não voláteis), aproximadamente 70 mmol por dia. Evitam a excreção de bicarbonato e também combinam a excreção de ácido com a nova geração de bicarbonato para que o sistema tampão de bicarbonato esteja sempre disponível em plena capacidade.

Reabsorção de bicarbonato

O bicarbonato é filtrado livremente no glomérulo e 100% é então reabsorvido (80% no túbulo proximal) pelo seguinte processo:

1. O trocador de iões sódio-hidrogénio 3 (NHE3, pela sigla em inglês) absorve Na + e secreta H + .
2. H + secretado combinam-se com o HCO3 filtrado – para formar H2CO3 no lúmen tubular.
3. H2CO3 é convertido em H2O e CO2 pela anidrase carbónica apical IV.
4. O CO2 difunde-se livremente através da membrana apical de volta para a célula.
5. A anidrase carbónica II intracelular converte CO2 + H2O novamente em H2CO3 .
6. H2CO3 pode então dissociar-se em H+ e HCO 3– :
   • H+ são reciclados pelo processo através de NHE3.
   • HCO3– é absorvido através da membrana basolateral via:
     • Cotransportador Na+ -HCO3–
     • Trocador HCO3– -Cl –
7. Resultados finais de todo o processo:
   • Excreção de H +
   • Absorção de HCO3 –
8. Nota: O bicarbonato não é livremente permeável através da membrana apical porque é uma molécula carregada.
9. Locais de reabsorção HCO3– :
   • Túbulo proximal: 80%
   • Ramo ascendente espesso: 10%
   • Túbulo contornado distal: 6%
   • Ducto coletor: 4%

Reabsorção de bicarbonato no túbulo proximal

CA-IV: anidrase carbónica IV
CA-II: anidrase carbónica II

Reabsorção renal de HCO 3–

Amónia (NH3 )

NH3 é capaz de ajudar a excretar ácidos fixos.

• Representa 60% da excreção fixa de ácido
• Ocorre principalmente no túbulo proximal
• O NH3 pode-se ligar ao H+ , que é então eliminado na urina:
  • Dentro do túbulo, o NH 3 pode-se ligar ao H+ → torna-se NH 4+ , que permanece na urina e é excretado
  • O NH4+ pode ser gerado dentro da célula do túbulo proximal e excretado no líquido tubular.
• NH4+ (amónia) e HCO3– são gerados a partir do metabolismo da glutamina na mitocôndria:
  • Glutamina desidrogenase: glutamina → glutamato + NH 4+ , depois
  • Glutamato desidrogenase: glutamato → 𝛼-cetoglutarato + NH 4+ , depois
  • 𝛼-cetoglutarato entra no ciclo de Krebs → 2 moléculas de HCO 3–
• O NH 4+ é secretado no fluido tubular através de 2 mecanismos:
  • NHE3 troca diretamente Na + porNH4 +.
  • NH 3 é permeável à membrana:
    • Cruza livremente do interior da célula para o lúmen tubular
    • Combina com H + livre para formar NH 4+
• HCO 3– produzido no ciclo de Krebs é reabsorvido através da membrana basolateral para a corrente sanguínea.
• Este processo é altamente adaptável: regula positivamente na acidose crónica.

Transporte de NH 3 e NH 4+ para o lúmen para excreção

Ácidos tituláveis

• Representam 40% da excreção fixa de ácido
• Ocorre no túbulo proximal, túbulo contorcido distal e ducto coletor
• Ácidos tituláveis tamponam um H + e são depois eliminados na urina:
  • O H 2 CO 3 intracelular dissocia-se em H + e HCO 3– .
  • Os iões H + são secretados no lúmen tubular por:
    • ATPase H + do tipo V
    • NHE3
  • O ácido titulável liga-se ao H + .
  • O composto ligado é excretado na urina.
  • HCO 3– (da primeira etapa) fica dentro da célula e é considerado “regenerado”.
• Exemplos de ácidos tituláveis:
  • pK está mais próximo do pH da urina normal → mais útil para a ligação de H + em condições normais:
    • Fosfato (pK 6.8)
  • pK mais distante do pH normal da urina → menos útil:
    • Urato (pK 5.8)
    • Creatinina (pK 5.0)
  • pK menor que o pH mínimo possível da urina (aproximadamente 4.4) → não é útil:
    • Lactato (pK 3.9)
    • Piruvato (pK 2.5)
• Este sistema não se regula positivamente na acidose crónica (ao contrário do sistema de amónia).

Exemplo de fosfato como um ácido titulável:
Observar que os iões H + intracelulares têm originem na dissociação de H 2 CO 3 . Este é também o mecanismo de regeneração do HCO 3– .

Curvas de titulação para fosfato e creatinina:
O fosfato é um ácido titulável melhor devido à sua maior área sob a curva dentro da faixa do pH normal da urina (4.5-8).

Vídeos recomendados

Relevância Clínica

Quando um processo de doença supera a capacidade normal de regular o pH, ocorrem os principais distúrbios ácido-base listados abaixo. Também ocorrem mecanismos compensatórios, que ajudam a compensar a mudança no pH.

• Acidose metabólica: processos que resultam na acumulação de H + e geralmente causam acidemia (ou seja, a diminuição do pH do sangue): Este processo pode ser o resultado de perda excessiva de tampões (por exemplo, diarreia) ou aumento da produção de ácidos (por exemplo, cetoacidose e acidose láctica).
• Alcalose metabólica: processos que resultam na acumulação de HCO 3– e geralmente causam alcalemia (ou seja, aumento do pH do sangue): Este processo pode ser resultado do fornecimento excessivo de tampões ou aumento da excreção de iões hidrogénio. As causas comuns são vómitos e síndrome cálcio-alkali.
• Acidose respiratória: processos que resultam na acumulação de CO 2 arterial e geralmente causam acidemia (ou seja, a diminuição do pH do sangue): Este processo pode ser resultado de uma remoção insuficiente de CO 2 pelos pulmões. As causas comuns são doença pulmonar obstrutiva crónica e asma.
• Alcalose respiratória: processos que resultam na diminuição do CO 2 arterial e geralmente causam alcalemia (ou seja, aumento do pH do sangue): Este processo pode ser o resultado da remoção excessiva de CO 2 do sangue pelo aumento da ventilação. As causas comuns incluem gravidez, ansiedade e overdose de aspirina.

Vídeos recomendados

Referências

1. Emmett, M., Palmer B.F. (2020). Simple and mixed acid–base disorders. UpToDate. Retrieved April 1, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/simple-and-mixed-acid-base-disorders 
2. Theodore, A. C. (2020). Arterial blood gases. UpToDate. Retrieved April 1, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/arterial-blood-gases

Quais são os órgãos responsáveis por manter o equilíbrio Ácido

Quais são os órgãos que são responsáveis pelo controle do equilíbrio ácido

Como o rim controla o equilíbrio ácido

Quais são os principais controladores do pH no organismo?