Regulación del Equilíbrio Acido-Base

Ojetivo: Manutención del pH

pH arterial entre 7,35 e 7,45[H+] ~ 40 nanomoles/L (10-9)

pH intracelular entre 7,1 e 7,2[H+] ~ 70-80 nanomoles/L

Concentración de H+ es muy bajo comparado a la de otros eletrolitos del plasma: Na+, K+, Ca2+: 5 a 150 milimoles/L

Exemplos de funciones celulares fuertemente afectadas por variaciones de pH

Bronsted-Lowry:

- Acido es todo compuesto capaz de donar protones cuando es disuelto en agua u otro solvente polar- Base es todo compuesto capaz de aceptar protones

HA H+ + A-

El agua no es solo un solvente, mas es un participante crucial del proceso de donación y aceptación de protones, porque la molécula de agua tiene un local para la disociación de hidrógeno:

H2O + H2O H3O+ + HO - ou H2O H+ + OH-

pH = - log([H+]) [H+] (Eq/L) = 10-pH

Concentração de 1 a 10-14 mol/L

pH de 0 a 14

A manutención del pH en el rango de normalidad, requiere de la actuación de tres mecanismos fisiológicos fundamentales:

- Tamponamiento intra y extracelular, lo que amortigua las variaciones en el pH.

- Acciones compensatorias pulmonares, que modulam a taxa de excreción de CO2.

- Acciones compensatorias renales, que controlan el contenido de HCO3

- en el organismo.

Mecanismo de Tamponamiento del pH:

Funcionan como tampones:

ácido débil neutro y su base conjugada:

HA H+ + A-

base neutra débil y su ácido débil conjugado:

BH+ B + H+

En equilíbrio:

Ka = [A-][H+] / [HA]

En equilíbrio:

Kb = [B][H+] / [BH+]

log en ambos lados, y pKa = -log [Ka ] , pKb = -log [Kb ] e

pH = -log [H+]

pH = pKa + log [A-]/[HA] e pH = pKb + log [B]/[BH+]

pH = pKa+ log [A-]/[HA] (Ecuación de Henderson-Hasselbalch)

Cuando las concentraciones [A-] = [HA]

pH = pKa

pK de un tampón corresponde al pH en el cual las concentraciones

de la forma asociada al H+ y la forma disociada son iguales. En ese

pH, el tampón amortigua bien tanto la adición de bases como la

adición de ácidos.

H+H+

HA A- + H+

pH = pKa + log [A-] / [HA]

HA A- + H+

OH- OH-

H2O

pH = pKa + log [A-] / [HA]

Curva de titulación de algunos sistemas tampones

Estas curvas evidencian regiones de elevada y baja eficiencia en el tamponamiento. A pH próximo del pK, la eficiencia es máxima.

NH4+/NH3

pK

Equilíbrio químico para el sistema CO2 - HCO3- :

El CO2 se disuelve en agua, como cualquer otro soluto.

La cantidade de CO2 disuelto en el agua es proporcional a la presión parcial de CO2 (PaCO2), que es definida por el aire alveolar:

Ley de Henry: [CO2]dis = CO2 . PaCO2

Coeficiente de solubilidade do CO2 en agua0,0301 mmol/L

Tensión alveolar de CO2

a.c.

CO2 disuelto en agua forma ácido carbonico:

[CO2]dis + H2O H2CO3

Na ausência da enzima anidrase carbônica (a.c.) essa reação é lenta.

H2CO3 es un ácido relativamente fuerte, y se disocia rápidamente:

H2CO3 H+ + HCO3-

Podemos combinar las reaciones:

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

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

En equilibrio: K = [H+] . [HCO3-] / [CO2]dis . [H2O]

K = [H+] . [HCO3-] / [CO2]dis

K = [H+] . [HCO3-] / CO2 . PaCO2

[H2O] é constante

pH = pK + log { [HCO3-] / CO2 . PaCO2}

pH = 6,1 + log { [HCO3-] / . PaCO2 }

H2CO3

pH = 6,1 + log { [HCO3-] / . PaCO2 }

La PaCO2 es mantenida constante por la ventilación pulmonar

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

CO2

Otros tampones importantes en los fluidos biológicos:

Proteínas:

Algunos aminoácidos tienen cadenas laterales con grupos ionizables, por ejemplo ác. Aspártico, Glutamato, Lisina, Arginina, Histidina.

La capacidade tamponante de las proteínas, deriva principalmente del grupo imidazolico de los resíduos de histidina, que en las cadenas polipeptídicas tienen pK entre 6,4 y 7,0.

Fosfato inorgánico:

H2PO4- HPO4

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

Más importante como tampón urinário, contribuindo para la acidez titulable (proceso de tamponamiento urinario)

Tampones intracelulares: proteínas, CO2/bicarbonato, fosfato inorgânico, e fosfato orgánico.

El metabolismo diário, en indivíduos con dieta normal para nuestros padrones, resulta en la producción de exceso de

ácidos en relación a las bases.

El ácido generado más abundantemente es el ácido carbônico, proveniente de la oxidación completa de ácidos orgânicos:

16.000 a 20.000 mmol de CO2/ día

El CO2 no se acumula en el organismo, es eliminado por los pulmõnes

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

Durante la oxidación de substratos orgânicos, hay generación de intermediarios y metabolitos que son ácidos orgânicos relativamente fuerrtes:

- Ácido lático- Ácidos tricarboxílicos- Ceto-ácidos

Estos ácidos, igualmente no se acumulam, a no ser temporariamente, si son producidos en excesso.

Son metabolizados a CO2 y H2O o sus aniones son eliminados en la orina. Si el anión es eliminado, el protón correspondiente pemanece en el organismo, contribuindo para la producción diaria del exceso de ácidos.

Algunos ácidos producidos durante el metabolismo, no pueden ser oxidados a CO2:

Ácidos orgânicos: - ácido úrico - ácidos glicurônico- ácido oxálico

Ácidos inorgânicos:- H2SO4, HCl.

pH = 6,1 + log { [HCO3-] / . PaCO2 }

concentración de HCO3

- es controlada por

los riñones

concentración de CO2 es

controlado por los pulmones

pH = 6,1 + log[HCO3

-]

. PaCO2

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

Linha de tamponamento (com CO2) do plasma não

separado de hemácias

Linha de tamponamento do plasma separado

Esta curva es el lugar de los valores de la [HCO3-] en función del pH a PCO2

constante

Consumo diário de

HCO3-: 1 mEq/kg

Geração diária

de HCO3- novo

pelo rim: 1 mEq/kg

El riñón en el equilíbrio ácido-base:Los riñones secretan hidrógenio para la reabsorción de HCO3

-

4.320 mEq de HCO3- son filtrados diariamente. Todo el bicarbonanto filtrado

es reabsorvido.

Asim, la casi totalidad del ácido secretado por los túbulos renales es para el proceso de reabsorción del HCO3

- filtrado.

Na+

H+

H+

H2O + CO2

H2CO3

H+ + HCO3-

Na+

HCO3-

Na+

H2O + CO2

H2CO3

H+ + HCO3-

Na+

HCO3-

Na+

a.c.

NaHCO3

HCO3- + H+

H2CO3

H2O + CO2

a.c.

Na2HPO4

Na+ + H2PO4

H+HCO3

-

Si el H+ secretado hacia

la luz tubular es

tamponado por HCO3-,

eso corresponde a

reabsorción de HCO3-

Si el H+ secretado hacia la

luz tubular es tamponado

por otros tampõnes

(HPO4-, NH3 etc), eso

corresponde a geración de

HCO3- nuevo

Disturbios del equilibrio ácido-base:

Os mecanismos compensatórios para corrigir a pH em caso de ganho exessivo de ácidos ou bases ou perda excessiva de ácidos ou bases envolvem:- Tamponamento- Adaptações respiratórias- Adaptações renais

Enfermidades envolvendo o parênquima pulmonar ou os

músculos respiratórios, de modo a não permitir a adequada renovação do ar alveolar.

Consequência imediata: elevação da PaCO2

Distúrbios respiratórios do equilíbrio ácido-base:

Acidose respiratória: Observaremos o nomograma

pH/HCO3-/CO2 seguindo outra isóbara

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

Compensão renal da acidose respiratória:

Aumento da secreção de H+ e da reabsorção de HCO3- como consequência do

aumento da concentração H+ (queda do pH) e do CO2 dentro das células tubulares.

Efeito apenas do tamponamento

Efeito da adaptação renal

Valores normais:pH = 7,40PaCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mM

pH = 6,1 + log10

[HCO3-]

. PaCO2

Situações que levem a hiperventilação alveolar, tais

como ansiedade, intoxicação com ácido acetil salicílico, e outras.

Consequência imediata: queda da PaCO2

Distúrbios respiratórios do equilíbrio ácido-base:

Alcalose respiratória: Observaremos o nomograma

pH/HCO3-/CO2 seguindo outra isóbara

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

Compensão renal da alcalose respiratória:

Redução da secreção de H+ e aumento da perda HCO3- na urina, como consequência

da redução na concentração de H+ (aumento do pH) e queda do CO2 dentro das

células tubulares.

Efeito apenas do tamponamento

Efeito da adaptação renal

Valores normais:pH = 7,40PaCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mM

pH = 6,1 + log10

[HCO3-]

. PaCO2

Situações que levem a ganho de ácidos (ingestão, distúrbios

metabólicos) ou perda de bases, por diarréia, por exemplo.

Consequência imediata:aumento na

concentração de H+ livre (queda do pH)

Distúrbios metabólicos do equilíbrio ácido-base:

Acidose metabólica: Observaremos o nomograma

pH/HCO3-/CO2 seguindo na mesma

isóbara, inicialmente.

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

Compensão respiratória e correção renal da acidose metabólica:

Pulmões: queda do pH leva a hiperventilação e queda da PaCO2

Rins: aumento da [H+] resulta em maior secreção de H+, nenhuma perda de HCO3- na

urina, aumento da excreção de acidez titulável e amônia.

Efeito apenas do tamponamento

Efeito da correção renal

Valores normais:pH = 7,40PaCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mM

pH = 6,1 + log10

[HCO3-]

. PaCO2

Efeito da compensação respiratória

Situações que levem a ganho de bases (ingestão) ou perda de

ácidos, por vômitos, por exemplo.

Consequência imediata: redução da

concentração de H+ livre (elevação do pH)

Distúrbios metabólicos do equilíbrio ácido-base:

Alcalose metabólica: Observaremos o nomograma

pH/HCO3-/CO2 seguindo na mesma

isóbara, inicialmente.

[CO2]dis + H2O H+ + HCO3-

Compensão respiratória e correção renal da alcalose metabólica:

Pulmões: elevação do pH leva a hipoventilação e elevação da PaCO2

Rins: queda da [H+] resulta em menor secreção de H+ perda de HCO3- na urina

Efeito apenas do tamponamento

Efeito da correção renal

Valores normais:pH = 7,40PaCO2 = 40 mmHg

HCO3- = 24 mM

pH = 6,1 + log10

[HCO3-]

. PaCO2

Efeito da compensação respiratória