Função dos Rins na Manutenção do Equilíbrio Ácido-Base

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1 Função dos Rins na Manutenção do Equilíbrio Ácido-Base

2 H+ H+ + HPO4= H2PO4- H + A- HA H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + H2O
70 mmoles de ácidos fixos são lançados no organismo diariamente: Metabolismo Dieta Excreção fecal de bases H+ H HPO4= H2PO4- H A HA H+ + HCO H2CO CO2 + H2O eliminado

3 HA  H+ + A- ácidos fixos gerados H+ + HCO3-  CO2 + H2O H+ + B-  HB H+ livre (a maior parte) (quase todo o resto que não foi titulado por HCO3-) (quantidade mínima) Constante O HCO3- é consumido no processo de tamponamento

4 (quase todo o resto que não foi titulado por HCO3-)
HA  H+ + A- ácidos fixos gerados H+ + HCO3-  CO2 + H2O H+ + B-  HB H+ livre (a maior parte) (quase todo o resto que não foi titulado por HCO3-) (quantidade mínima) Constante HCO3- Recupera o HCO3- consumido no tamponamento Os rins geram bicarbonato numa quantidade equivalente à quantidade de ácidos fixos gerada diariamente H+ + B-  HB H+ livre HCO3- Elimina na forma de CO2 o H+ que estava ligado a tampões não-bicarbonato e a pequena quantidade adicional de H+ livre. CO2

5 Para manter o equilíbrio ácido-base os rins:
Reabsorvem todo o HCO3- filtrado (4.320 mmoles/dia) H2CO3 H+ HCO3- CO2 + H2O Reabsorção de HCO3-

6 Reabsorção de HCO3- em segmentos inicial e médio de túbulos proximais (S1/S2)

7 HCO - 3 pH Plasma Fim do proximal
CARGA FILTRADA DE HCO3 -  4000 mEq/dia pH 1 2 3 4 5 6 7 8 Plasma PROXIMAL HCO 3 - Fim do proximal

8 H2CO3 CO2 + H2O NHE3 Na+ 3 HCO3- 1 Na+ HCO-3 + H+ H+ HCO3- H2CO3
Anidrase Carbônica (AC) Luz H2CO3 AC II CO2 + H2O Interstício NHE3 Na+ 3 HCO3- 1 Na+ NBC1 HCO-3 + H+ H+ HCO3- AC IV H2CO3 AC IV H2O + CO2 H2CO3 CO2 + H2O A.C. II 3 HCO3- 1 Na+ H+ ATPase NBC1 H+ HCO3- HCO-3 + H+ AC IV AC IV H2O + CO2 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

9 H2CO3 CO2 + H2O Na+ HCO3- H+ HCO3- H2CO3 CO2 + H2O HCO3- HCO3- H+ 1 H+
Anidrase Carbônica (AC) Luz Interstício H2CO3 CO2 + H2O AC II Na+ HCO3- BCC Cl- NHE3 HCO-3 H2CO3 H2O + CO2 + H+ AC IV H+ HCO3- AC IV Mais para o final de túbulo proximal, trocador HCO3-/Cl- em membrana basolateral H2CO3 CO2 + H2O A.C. II HCO3- H+ - ATPase HCO3- BCC Cl- HCO-3 + H+ H+ AC IV AC IV H2O + CO2 Há consumo de HCO3- na luz Ao final de S3, 15% da carga filtrada 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

10 X CO2 + H2O Na+ H2CO3 H+ HCO3- HCO3- CO2 + H2O HCO3- H2CO3 H+ HCO3-
Anidrase Carbônica (AC) Luz Interstício H2CO3 CO2 + H2O AC II Na+ NHE3 H+ HCO3- BCC Cl- HCO-3 + H+ HCO3- X AC IV H2CO3 H2O + CO2 AC IV Acetazolamida (Diamox) H2CO3 CO2 + H2O A.C. II pH luminal HCO3- H+ - ATPase HCO-3 + H+ HCO3- BCC Cl- H+ H2CO3 AC IV Com acetazolamida, aumento da concentração luminal de H+ resulta em menor secreção de H+, tanto pelo NHE3 como pela H+-ATPase, devido ao gradiente desfavorável.

11 HCO - 3 pH CARGA FILTRADA  4000 mEq/dia 1 2 3 4 5 6 7 8 PROXIMAL
1 2 3 4 5 6 7 8 HCO - PROXIMAL 3 ALÇA FINA DESCENDENTE ALÇA FINA ASCENDENTE ALÇA ESPESSA

12 - Luz Interstício + Reabsorção de HCO3- em alça espessa de Henle ATP
3Na+ Na+ ATP 100% 5% K+ 2K+ 2Cl- K+ K+ Cl- - + H2CO3 CO2 + H2O A.C. II HCO3- + H+ 15% Na+ Cl- NHE3 BCC H+ HCO3- CO2 + H2O Cl- Dpte = + 8 mV 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

13 HCO - 3 pH CARGA FILTRADA  4000 mEq/dia 1 2 3 4 5 6 7 8 PROXIMAL
1 2 3 4 5 6 7 8 HCO - PROXIMAL 3 ALÇA FINA DESCENDENTE ALÇA FINA ASCENDENTE ALÇA ESPESSA DISTAL

14 - Luz Interstício + Reabsorção de HCO3- em túbulo distal 5% H2CO3
3Na+ Na+ 100% 5% ~1% 2K+ Cl- K+ K+ K+ Cl- - + H2CO3 CO2 + H2O A.C. II 15% HCO3- + H+ Na+ Cl- NHE2 BCC H+ HCO3- Cl- CO2 + H2O 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

15 HCO - 3 pH CARGA FILTRADA  4000 mEq/dia 1 2 3 4 5 6 7 8 PROXIMAL
1 2 3 4 5 6 7 8 HCO - PROXIMAL 3 ALÇA FINA DESCENDENTE ALÇA FINA ASCENDENTE ALÇA ESPESSA DISTAL HCO3- é quase totalmente reabsorvido. Em coletor medular praticamente já não há HCO3-, a capacidade tamponante é menor e o pH cai muito, embora a secreção de H+ nesse segmento seja quantitativamente bem menos significativa que em segmentos anteriores. COLETOR

16 Normalmente, sem HCO3- no final de coletor
Luz Interstício Reabsorção e Secreção de HCO3- em Ducto Coletor Cortical e Medular Externo 3Na+ Na+ - 2K+ 5% + K+ K+ absorção 100% 1% Cl- HCO3- Secreção de HCO3- H+ absorção absorção ATP AC II secreção Cl- CO2 + H2O Intercaladas b 15% ATP H+ K+ HCO3- + H+ CO2 + H2O Reabsorção de HCO3- HCO3- HCO3- AC II Cl- Cl- CO2 + H2O 0% Normalmente, sem HCO3- no final de coletor Intercaladas a

17 Como eliminar 70 mmoles de ácido na urina de 24 h?
Além de preservar o HCO3- filtrado, os rins têm que eliminar 70 mmoles de ácidos fixos por dia Como eliminar 70 mmoles de ácido na urina de 24 h? Eliminar H+ livre?! pH urinário mínimo: 4,5  [H+] = 0,03 mM Para eliminar 70 mmoles de ácido em 1,5 L: pH  1,3 !? ou Para eliminar 70 mmol/dia de H+ livre com pH de 4,5: 2.300 L de urina !!!!

18 Essa quantidade de H+ só pode ser eliminada ligada a tampões do fluido tubular, que estão presentes em concentração da ordem de mM H2CO3 H+ HCO3- HPO42- H2PO4- Geração de HCO3- novo Geração de HCO3- novo HCO3- NH4+ Glutamina

19 pH Fosfato Urato Creatinina (pK = 6,8) (pK = 5,8) (pK = 5,0)
Substâncias que foram filtradas mas não são, ou são parcialmente, reabsorvidas e que funcionam como aceptores de prótons no fluido tubular. A contribuição de cada tampão para a acidez titulável depende da quantidade do tampão (mmoles), do pH da urina e do pK do tampão. % tampão protonado pH Fosfato Urato Creatinina (pK = 6,8) (pK = 5,8) (pK = 5,0) 7, ,1 2,5 0,4 6,2 79,9 28,5 5,9 4,4 99,6 96,2 79,9

20

21 ÁCIDO TITULÁVEL Quantidade de NaOH (mmoles) para retornar o pH da urina ao pH do plasma – 7,4

22 Luz Interstício Formação de ácidos tituláveis H2CO3 CO2 + H2O H+ HCO3-
pH = 7,4 pH = 6,8 pH = 6,4 pH = 6,2 pH = 4,4 mínimo H2CO3 CO2 + H2O ACII Na+ Na+ NBC NHE3 H+ HCO3- TP Espesso ascendente TCD + H+ HPO42- H2PO4- Na+ Cl- BCC H+ H+ HCO3- HCO3- H2CO3 CO2 + H2O ACII H+ ATP Conexão Coletor + H+ HPO42- H2PO4- Cl- BCC H+ ATP HCO3- H+ HCO3- 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

23 ÁCIDO TITULÁVEL pH 1 2 3 4 5 6 7 8 PROXIMAL ALÇA FINA DESCENDENTE
1 2 3 4 5 6 7 8 PROXIMAL ALÇA FINA DESCENDENTE ALÇA FINA ASCENDENTE ALÇA ESPESSA DISTAL Como o pH cai muito nesse segmento COLETOR

24 A quantidade de tampões presentes no fluido tubular, provenientes do que restou da filtração, não é suficiente para tamponar todo H+ que deve ser eliminado. Contribui com cerca de 40%. Os rins produzem NH4+ para eliminar o restante do H+ e recuperar os 60% restantes de HCO3- necessários para manter o pH dos fluidos corporais.

25 Túbulo Proximal Na+ Na+ glutamina glutamina 2 NH4+ + glutamato 4 NH4+
mitocôndria 2 glutaminas glutaminase NH3 NH4+ 4 NH4+ NH3 + H+ H+ + NH3 2 NH4+ + glutamato glutamato desidrogenase 2 NH a-cetoglutarato2- NH4+ ou H+ H+ ou NH4 NHE3 Na+ Oxaloacetato 2- 4 HCO3- Glicose 4 HCO3- (novo) GLUT Para cada (H+/NH3) ou NH4+ para a luz tubular, 1 bicarbonato para o interstício

26 NH4+ secretado em túbulos proximais é captado em ductos coletores sem passar pelos segmentos tubulares corticais

27 sem passar por córtex renal
NH4+ é transferido para o coletor sem passar por córtex renal pH = 7,4 pH = 6,8 pH = 6,4 pH = 6,2 pH = 4,4 mínimo Luz Interstício 3Na+ K+ + Na+ - 2K+ ATP Cl- H+ Intercaladas a HCO3- CO2 + H2O AC II Principal DUCTO COLETOR Secreção de NH4+ Reabsorção de NH4+ H+ HCO3- NH3 + H+ NH3 + H+ NH4+ CO2 + H2O eliminado NH3 NH4+ URINA NH4+ é reabsorvido em segmento espesso ascendente pelo NKCC2 (compete com K+)

28 QUANTIDADE DE NH4+ NO FLUIDO TUBULAR
PROXIMAL ALÇA FINA DESCENDENTE ALÇA FINA ASCENDENTE ALÇA ESPESSA DISTAL COLETOR

29 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

30 Excreção diária de ácidos pelos rins (EA):
EA = (ACIDEZ TITULÁVEL + NH4+ ) - HCO3- Acidez titulável: H+ excretado ligado principalmente a fosfato (H2PO4-) NH4+: H+ excretado ligado a NH3 HCO3-: parte do HCO3- filtrado que é excretado (normalmente, quase zero)

31 Aumento na produção de ácidos fixos

32 AUMENTO NA PRODUÇÃO DE ÁCIDO FIXO
ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO AUMENTO NA PRODUÇÃO DE ÁCIDO FIXO

33 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

34 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

35 ACIDOSE METABÓLICA

36 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

37 O QUE PROVOCOU A ACIDOSE?
Perda de HCO3-: Perda intestinal (diarréia) [HCO3-]pl cai e [Cl-]pl aumenta Produção aumentada de ácidos fixos Ácido láctico Corpos cetônicos [HCO3-]pl cai e [Anions]pl aumenta Anion gap: ([Na+] + [K+]) – ([Cl-] + [HCO3-]) Excreção renal de ácidos diminuída Insuficiência renal Acidose tubular renal (perda de HCO3- na urina)

38 Consumo ou perda de HCO3- Compensação respiratória Correção renal
Aumento da produção de ácidos fixos ou perda de HCO3-: acidose metabólica pCO2 < 40mmHg pCO2 = 40 mmHg 3 Consumo ou perda de HCO3- Compensação respiratória Correção renal

39 Maior produção de NH4+ a partir da glutamina Aumento da expressão:
Quando o defeito não é renal Resposta renal ao aumento da produção de ácidos fixos: Maior produção de NH4+ a partir da glutamina Aumento da expressão: - cotransportador Na+-Glutamina - glutaminase - glutamato desidrogenase - fosfoenolpiruvato carboxi-cinase (PEPCK) Maior secreção de H+ em túbulos renais Aumento da expressão e atividade dos transportadores: - Permutador Na+/H+ - Cotransportador Na+/HCO3- - Permutador HCO3-/Cl- - H+-ATPase e H+/K+-ATPase (hiperkalemia)

40 3 Na+ 2K+ Na+ Na+ NH4+ HCO3- glutamina Acidose metabólica
Túbulo Proximal ATP 3 Na+ 2K+ Na+ Na+ NHE3 NH4+ HCO3- glutamina

41 Em reposta ao aumento da produção de ácidos fixos:
Maior produção de NH4+ a partir da glutamina Aumento da expressão: - cotransportador Na+-Glutamina - glutaminase - glutamato desidrogenase - fosfoenolpiruvato carboxi-cinase (PEPCK) Maior secreção de H+ em túbulos renais Aumento da expressão e atividade dos transportadores: - Permutador Na+/H+ - Cotransportador Na+/HCO3- - Permutador HCO3-/Cl- - H+-ATPase e H+/K+-ATPase (hiperkalemia)

42 HCO3- novo capilar Lumen interstício H+ HCO3- Cl- a.c. CO2 + H2O
Conexão e coletor HCO3- novo capilar Lumen interstício H+ H+ HCO3- ATP Cl- H+ a.c. ATP K+ CO2 + H2O Cel. intercalares alfa Acidoses metabólicas frequentemente se acompanham de hipercalemia: - Aumento da atividade da H+/K+-ATPase

43 Inibição da Na+/K+-ATPase em decorrência da queda no pH
Acidoses metabólicas frequentemente se acompanham de hipercalemia: Conexão e coletor capilar interstício Lumen 3Na+ pHe Na+ ATP 2K+ proteínas K+ H+ H+ K+ Células principais Inibição da Na+/K+-ATPase em decorrência da queda no pH Desvio de K+ do intra para a extracelular Menor secreção de K+ em células principais

44 Quando o defeito é renal: acidose hiperclorêmica, anion gap normal.
Acidose tubular renal proximal ou tipo II Redução da capacidade do túbulo proximal de reabsorver HCO3- [HCO3-]plasma normal (24 mM): filtra mmol/dia Maior quantidade de HCO3- liberada para néfron distal devido à redução no Tm(HCO3-) Ultrapassagem da capacidade de néfron distal de reabsorver HCO3- Perda de HCO3- na urina – pH urinário elevado [HCO3-]plasma cai: menor quantidade de HCO3- é filtrada Menor quantidade de HCO3- é liberada para néfron distal Néfron distal é capaz de reabsorver todo o HCO3- e acidificar a urina pH urinário normal - Acidose auto-limitada

45 Acidose tubular renal distal ou tipo I
Redução da capacidade do néfron distal (conexão e coletores) de secretar H+ Com acidose instalada (pH sanguíneo baixo, [HCO3-]plasma baixo), ainda que a aferta de HCO3- para néfron distal seja baixa, não há acidificação do fluido luminal em coletores: Redução na acidez titulável Redução da captação de NH3/NH4+ em coletores NH4+ gerado em túbulos proximais atinge a circulação sistêmica pH urinário maior que 6,0, mesmo com acidose sistêmica

46 Alcalose metabólica

47 Causas: Vômitos, sonda nasogátrica  perda de HCl;
Perda de ácidos ou ganho de bases: alcalose metabólica 3 [HCO3-]plasma [Cl-]plasma 1) Aumento do HCO3- Causas: Vômitos, sonda nasogátrica  perda de HCl; Uso crônico de diuréticos de alça ou tiazídicos 2) Compensação respiratória 3) Correção renal

48 - Inibição da produção de amônium (NH4+) em túbulos proximais
Alcalose metabólica Túbulo Proximal lume interstício ATP 3 Na+ 2K+ Na+ Na+ NHE3 NH4+ HCO3- glutamina - Inibição da produção de amônium (NH4+) em túbulos proximais - Redução na secreção de H+ - Redução da geração de HCO3- novo Resposta renal

49 capilar Cel. intercaladas alfa interstício Lume CO2 + H2O a.c. Cl-
Alcalose metabólica Resposta renal em conexão e coletor capilar Cel. intercaladas alfa interstício Lume H+ H+ HCO3- HCO3- ATP CO2 + H2O a.c. Cl- H+ . HCO3- na urina . pH urinário elevado . Menor formação de ácidos tituláveis . Menor captação de NH3 ATP K+ CO2 + H2O a.c. pendrin HCO3- Cl- ATP H+ Cel. Intercaladas beta

50 Se ocorrer hipovolemia concomitante, há estímulo para reabsorção
Alcalose metabólica hipoclorêmica tende a persistir: lume interstício CO2 + H2O a.c. pendrin HCO3- Cl- ATP H+ Cel. Intercaladas beta Cl- A falta de Cl- em ductos coletores impede a secreção de HCO3-, dificultando a correção da alcalose. Se ocorrer hipovolemia concomitante, há estímulo para reabsorção de Na+ em túbulos proximais e boa parte será reabsorvido com HCO3- Com hipovolemia, sistema renina-angiotensina-aldosterona estará ativado e será um estímulo para células intercaladas alfa secretarem H+ com reabsorção de HCO3-

51 Desvio de K+ do extra para a intracelular (em todas as células)
Alcalose metabólica frequentemente está associada a hipocalemia Conexão e coletor interstício capilar Lume 3Na+ pHe ENaC Na+ ATP 2K+ K+ ROMK proteínas H+ H+ K+ pHlume Células principais Desvio de K+ do extra para a intracelular (em todas as células) Maior secreção de K+ em células principais porque o [K+]i se eleva e porque a alcalinidade luminal ativa canais para K+ (ROMK) Se há hipovolemia, o sistema renina-angiotensina-aldosterona estará ativado: maior secreção de K+ células principais Menor reabsorção de K+ em cel. intercaladas alfa via H+/K+-ATPase

52 Alcalose metabólica também pode ter origem renal:
Aumento da secreção de H+ em néfron distal A secreção de H+ em coletor é dependente de aldosterona A secreção de H+ em coletor é dependente da DPte Aldosterona aumenta a reabsorção de Na+ em células principais e aumenta da DPte (-) Aldosterona aumenta a expressão e atividade da H+-ATPase

53 . Ativação da H+/K+-ATPase em células intercaladas alfa
Alcalose decorrente do uso prolongado ou abusivo de diuréticos - Diuréticos de alça - Tiazídicos Hipovolemia: . ativação do sistema renina-angiotensina aldosterona e maior oferta de Na+ para coletor . Aumento da DPte  aumento da secreção eletrogênica de H+ em células intercaladas alfa Hipocalemia: . Ativação da H+/K+-ATPase em células intercaladas alfa Deficiência de Cl-: . Menor secreção de HCO3- por células intercaladas beta Ação local dos diuréticos: . Diuréticos de Alça: aumento da atividade de NHE3 em segmento espesso ascendente . Tiazídicos: aumento da atividade de NHE2 em túbulo convoluto distal

54 Distúrbios Respiratórios

55 Acidose respiratória aguda Acidose respiratória crônica
2) Compensação renal Aumento da geração de HCO3- novo, principalmente pela produção de NH4+ CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- HA H+ + A-

56 Alcalose respiratória aguda
Alcalose respiratória crônica 1 2) Compensação renal: Redução da secreção de H+ Redução da geração de HCO3- novo via NH4+ CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- HA H+ + A-