Fisiologia de ácidos e bases

Apresentação em tema: "Fisiologia de ácidos e bases"— Transcrição da apresentação:

1 Fisiologia de ácidos e bases
Fisiologia do Próton

2 pH = 7,4 --> [H+] 40 nanomoles/L (10-9 M)
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

3 [H+] = 40  10-9 mol/L pH = 7.4  [HCO3-] = 24  10-3 mol/L
Há uma grande diferença entre a concentração de H+ e a concentração dos demais íons dos fluidos corporais pH =  [H+] = 40  10-9 mol/L [HCO3-] = 24  10-3 mol/L [Na+] = 140  10-3 mol/L

4 O CO2 não se acumula no organismo, é eliminado pelos pulmões
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: a mmol de CO2/ dia O CO2 não se acumula no organismo, é eliminado pelos pulmões

5 São metabolizados a CO2 e H2O ou são eliminados na urina.
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.

6 Alguns ácidos produzidos durante o metabolismo não podem ser oxidados a CO2:
Ácidos orgânicos: - ácido úrico - ácidos glicurônico - ácido oxálico Ácidos inorgânicos: - H2SO4 - H3PO HCl

7 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

8 Tamponamento intra e extracelular:
amortece as variações no pH

9 Bronsted: Ácido é qualquer substância química que pode doar um próton Base é qualquer substância química que pode receber um H+

10 K = [A-] . [H+] / [HA] TAMPÃO Ácido fraco base conjugada HA A-
NH4+ NH3 + H+ pK = 9,2 H2C HCO H+ pK = 3,6 H2PO4 HPO H+ pK = 6,8 R - NH R – NH H+ pK = 9,1 R – COOH R – COO- + H+ pK = 1,0 Concentração total do tampão: [TT] [TT] = [HA + A-] no equilíbrio: K = [A-] . [H+] / [HA]

11 pH = pK + log ([A-] / [HA])
K = [A-] . [H+] / [HA] pH = - log [H+] e pK = - log K pH = pK + log ([A-] / [HA]) Equação de Henderson Hasselbalch

12

13

14 HCl H+ + Cl- + A- HA + Cl- NaOH Na+ + OH- + HA A- + H20 + Na+ A-
pH = pK + log HA A- + HA  constante H+ + Cl- + A- HA + Cl- NaOH Na+ + OH- + HA A- + H Na+ A- pH = pK + log HA A- + HA  constante

15 Capacidade tamponante de um par-tampão específico depende:
Capacidade tamponante: quanto (em mmoles) de base forte pode ser adicionada à solução até que o pH se eleve de 1 U 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)

16 Ácido adicionado, mmol

17 Ácido adicionado, mmol

18 Ácido adicionado, mmol

19 Ácido adicionado, mmol

20 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 H2PO HPO H (pK = 6,8) Mais importante como tampão urinário, contribuindo para a acidez titulável. Tampões intracelulares: proteínas, CO2/bicarbonato, fosfato inorgânico, e fosfato orgânico.

21 TAMPÃO HCO3- / CO2

22 Coeficiente de solubilidade do CO2 em água
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 água 0,03 mmol/L . mmHg

23 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): H2CO H+ + HCO3- Podemos combinar as reações: [CO2]dis + H2O H2CO H+ + HCO3-

24 pH = pK + log10 { [HCO3-] / αCO2 . PaCO2}
[CO2]dis + H2O H+ + HCO3- pH = pK + log10 { [HCO3-] / αCO2 . PaCO2} pH = 6,1 + log10 { [HCO3-] / 0,03 . PaCO2 } Equação de Henderson Hasselbalch

25 pH = pK + log10 { [HCO3-] / αCO2 . PaCO2}
[CO2]dis + H2O H+ + HCO3- No equilíbrio: K = [H+] . [HCO3-] / [CO2]dis . [H2O] K' = [H+] . [HCO3-] / [CO2]dis K' = [H+] . [HCO3-] / αCO2 . PaCO2 [H2O] é constante -log [H+] = pH e log K' = pK' pH = pK + log10 { [HCO3-] / αCO2 . PaCO2} pH = 6,1 + log10 { [HCO3-] / 0,03 . PaCO2 } Equação de Henderson Hasselbalch

26 pH = 3,6 + log [HCO3-]/[H2CO3] (pK do H2CO3 = 3,6)
H2CO CO2dis + H2O No equilíbrio: 340 moléculas de CO2dis : 1 molécula de H2CO3 [H2CO3] = [CO2dis]/340 H2CO3 = (0,03 x PCO2)/340 pH = 3,6 + log([HCO3-]/0,03 x PCO2])x 340 pH = 3,6 + log log [HCO3-/0,03 x PCO2] pH = 3,6 + 2,5 + log [HCO3-]/0,03 x PCO2 pH = 6,1 + [HCO3-]/0,03 x PCO2

27 A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO3-
Elevação da pCO2 Queda da pCO2 pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2) PCO2 = 40 mmHg Para PCO2 = 40 mmHg 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

28 HCO3- + H+ + Cl- H2CO3 [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2
Cl- + H2O + CO2 [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2 CO2  constante

29 A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO3-
pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2) Queda da pCO2 Aumento de ácido fixo Elevação da pCO2

30 Sistema fechado Sistema fechado pH = 6,59 pH = 7,4 PCO2 = 206 mmHg
HCO3- = 19 mM CO2dis = 6,2 mM H2CO3 = 0,018 mM H+ = 257 nM pH = 6,59 PCO2 = 40 mmHg HCO3- = 24 mM CO2dis = 1,2 mM H2CO3 = 0,0036 mM H+ = 40 nM 5 mmol de HCl pH = 7,4

31 Sistema aberto Sistema aberto CO2 CO2 pH = 7,3 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 CO2 40 mmHg PCO2 = 40 mmHg HCO3- = 24 Mm CO2dis = 1,2 mM H2CO3 = 0,0036 mM H+ = 40 nM 5 mmol de HCl pH = 7,4

32 Fonte inesgotável de CO2
Na+ OH- CO2 + H2O H2CO H HCO3- Fonte inesgotável de CO2 (pulmões) [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2 CO2  constante

33 A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO3-
pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2) Aumento de base fixa Queda da pCO2 Elevação da pCO2

34 Sistema fechado Sistema fechado pH = 8,2 pH = 7,4 PCO2 = 7 mmHg
HCO3- = 25 mmol/L CO2dis = 0,2 mmol/L H2CO3 = 0,00006 mM H+ = 6,3 nM pH = 8,2 PCO2 = 40 mmHg HCO3- = 24 mM CO2dis = 1,2 mM H2CO3 = 0,0036 mM H+ = 40 nM 1 mmol de NaOH pH = 7,4

35 Sistema aberto Sistema aberto CO2 CO2 pH = 7,42 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 CO2 40 mmHg 1 mmol de NaOH PCO2 = 40 mmHg HCO3- = 24 mmol/L H2CO3 = 1,2 mmol/L H+ = 40 nEq/L pH = 7,4

36 [HCO3-] mmol/L O par tampão HCO3-/CO2 é particulamente eficiente no tamponamento de bases. Observe como o pH varia pouco com a adição de bases. Isso se deve à oferta ilimitada de CO2  H2C03 pH Consome HCO3- que vira CO2 + H2O CO2 + H2O H2CO HCO3- + H+ Base OH - H2O Adição de ácidos Adição de bases

37 No organismo o tampão HCO3-/CO2 está presente concomitantemente com tampões fixos

38 O sistema HCO3-/CO2 é muito mais eficiente do que os tampões fixos
TITULAÇÃO DE HCO3- E UM TAMPÃO FIXO O sistema HCO3-/CO2 é muito mais eficiente do que os tampões fixos Ácido adicionado, mmol

39 Princípio iso-hídrico H+ + HCO3- CO2 + H2O H+ + Albumina- Albumina.H
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+ + HCO CO2 + H2O H+ + Albumina Albumina.H H+ + Hemoglobina Hemoglobina.H H+ + HPO H2PO4- H+ + A HA H+ Cl- pH = 6,1 + log [HCO3-] = pKalb + log [Alb-] = pKhem + [Hem-] = 6,8 + log [HPO42-] = pKA + log [A-] 0,03. PCO [Alb] [Hem] [H2PO4-] [A]

40

41 Distúrbios respiratórios
Tamponamento de CO2 Distúrbios respiratórios 40 mmHg 1,2 mM 24 mM 0, mM (pH = 7,4) Normal CO2 + H2O H2CO HCO H+ CO2 + H2O H2CO HCO H+ CO2 + H2O H2CO HCO H+ 80 mmHg 2,4 mM 24, mM 0, mM (pH = 7,1) Equilíbrio Se houver apenas tampão HCO3-, o pH muda muito, mas a mudança no HCO3- não é significativa

42 Distúrbios respiratórios
Tamponamento de CO2 Distúrbios respiratórios 40 mmHg 1,2 mM 24 mM 0, mM (pH = 7,4) Normal CO2 + H2O H2CO HCO H+ CO2 + H2O H2CO HCO H+ CO2 + H2O H2CO HCO H+ 20 mmHg 0,6 mM 23, mM 0, mM (pH = 7,7) Equilíbrio

43 O pH varia significativamente, mas a variação na concentração de HCO3- é imperceptível

44 Eletrodo para medida de pCO2
Tampão fosfato 30 mM pH = 7 Solução HCO mM mV EH+ = RT/F x [(pH)1/(pH)2] 1 2 Membrana seletiva a CO2 Membrana seletiva a H+ pH2 = 6,1 + log {[HCO3-]/0,03.PCO2} Amostra

45 Tamponamento de CO2 em presença de bicarbonato e outros tampões

46 CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ A- HA
H+ vai se ligando a outros tampões não-bicarbonato, que estão em concentração na ordem de mM CO2 + H2O H2CO HCO H+ CO2 + H2O H2CO HCO H+ A- HA Equilíbrio 80 mmHg Outros tampões (fixos) Neste caso, a concentração de HCO3- se eleva significativamente

47 CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ A- HA
H+ vai sendo fornecido de outros tampões não-bicarbonato, que estão em concentração na ordem de mM CO2 + H2O H2CO HCO H+ CO2 + H2O H2CO HCO H+ A- HA Equilíbrio 20 mmHg Outros tampões (fixos) Neste caso, a concentração de HCO3- se reduz significativamente

48 A inclinação dessa reta depende dos tampões não-bicarbonato presentes no meio

49 ELEVANDO A PCO2 Isóbara de 40 mmHg

50 ELEVANDO A PCO2

51 ELEVANDO A PCO2

52 ELEVANDO A PCO2

53 BAIXANDO A PCO2

54 A LINHA DE TAMPONAMENTO DO CO2
Queda da pCO2 Elevação da pCO2

55 ADICIONANDO ÁCIDO FIXO

56 ADICIONANDO BASE FIXA

57 Nomograma de Davenport
JUNTANDO TUDO Nomograma de Davenport

58 PARECE FAMILIAR...

59 inverte .... pH [HCO3-]

60

61 [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