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
Imagem por Lecturio.Tabela: Exemplos de valores de pH de vários fluidos
Secreções gástricas (sob condições de acidez máxima) | 0.7 |
Lisossoma | 5.5 |
Grânulo de cromafina | 5.5 |
H 2 neutro a 37°C | 6.81 |
Citosol de uma célula típica | 6,0–7,4 |
Líquido cefalorraquidiano | 7.3 |
Plasma sanguíneo arterial | 7.35–7.45 |
Matriz interna mitocondrial | 7.5 |
Secreções pancreáticas | 8.1 |
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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
- Ácidos fortes:
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)
- Bases fortes:
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
- Bicarbonato (HCO3– ):
- 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.
- Exemplo: bicarbonato
- 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
24 mEq/L | 26 mEq/L | 22 mEq/L |
40 mm Hg | 60 mm Hg | 20 mm Hg |
7.40 | 7.26 | 7.66 |
HCO3– : bicarbonato
PaCO2: pressão parcial de CO2 no sangue arterial
Curva de titulação de bicarbonato no sangue
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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
Imagem por Lecturio.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:
- O trocador de iões sódio-hidrogénio 3 (NHE3, pela sigla em inglês) absorve Na + e secreta H + .
- H + secretado combinam-se com o HCO3 filtrado – para formar H2CO3 no lúmen tubular.
- H2CO3 é convertido em H2O e CO2 pela anidrase carbónica apical IV.
- O CO2 difunde-se livremente através da membrana apical de volta para a célula.
- A anidrase carbónica II intracelular converte CO2 + H2O novamente em H2CO3 .
- 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 –
- Resultados finais de todo o processo:
- Excreção de H +
- Absorção de HCO3 –
- Nota: O bicarbonato não é livremente permeável através da membrana apical porque é uma molécula carregada.
- 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–
Imagem por Lecturio.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
Imagem por Lecturio.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)
- pK está mais próximo do pH da urina normal → mais útil para a ligação de H + em condições normais:
- 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).
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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.
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Referências
- Emmett, M., Palmer B.F. (2020). Simple and mixed acid–base disorders. UpToDate. Retrieved April 1, 2021, from //www.uptodate.com/contents/simple-and-mixed-acid-base-disorders
- Theodore, A. C. (2020). Arterial blood gases. UpToDate. Retrieved April 1, 2021, from //www.uptodate.com/contents/arterial-blood-gases