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  10-9 mol/L [Na+] = 140  10-3 mol/L
pH = - log10 [H+] (mol/L) pH =  [H+] = 40  10-9 mol/L [Na+] = 140  10-3 mol/L [Cl-] = 105 x 10-3 ml/L [HCO3-] = 24  10-3 mol/L

3 produção de excesso de ácidos em relação a bases.
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

4 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.

5 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

6 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

7 pH = - log [H+] e pK = - log K
TAMPÃO Ácido fraco base conjugada HA A- NH4+ NH3 + H+ H2C HCO H+ H2PO HPO H+ R - NH R – NH H+ R – COOH R – COO- + H+ K K = [A-] . [H+] / [HA] K constante de dissociação pH = - log [H+] e pK = - log K pH = pK + log ([A-] / [HA])

8 Tampões importantes nos fluidos biológicos: CO2/HCO3- Proteínas:
Albumina e globulinas no plasma: capacidade tamponante  3,9 mmol/L/U pH Hemoglobina (Ht = 45%): capacidade tamponante  25 mmol/L/U pH 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.

9 [A-] pH = pK + log [HA] [HA] [A-] H2PO4- HPO42- + H+
R - NH R – NH H+ R – COOH R – COO- + H+ K Em proteínas [A-] pH = pK + log [HA]

10 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

11 HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O H+ + Cl- + HCO3- [HCO3-] pH = 6,1 + log
TAMPÃO BICARBONATO (HCO3-)/ CO2 ADIÇÃO DE ÁCIDOS HCl HCO3- + H H2CO CO2 + H2O H+ + Cl- + HCO3- Cl- + H2O + CO2 Eliminado pelo pulmão [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2 CO2  constante

12 Na+ + OH- + H2CO3 Na+ + H2O + HCO3-
ADIÇÃO DE BASES NaOH CO2 + H2O H2CO H HCO3- Fonte contínua de CO2 Na+ + OH- + H2CO Na+ + H2O + HCO3- [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2 CO2  constante

13 NO ORGANISMO: TAMPÃO HCO3- e TAMPÕES NÃO-HCO3- JUNTOS
HIPOVENTILAÇÃO: AUMENTO DE CO2 CO2 + H2O HCO3- + H+ Albumina Albumina.H Globulinas Glob.H Hemoglobina Hemog.H HPO H2PO4- etc Tampões-não HCO3- Outros tampões captam o H+ gerado

14 NO ORGANISMO: TAMPÃO HCO3- e TAMPÕES NÃO-HCO3- JUNTOS
HIPERVENTILAÇÃO: DIMINUIÇÃO DE CO2 CO2 + H2O HCO3- + H+ Albumina Albumina.H Globulinas Glob.H Hemoglobina Hemog.H HPO H2PO4- etc Outros tampões liberam H+ de modo a repor o consumido

15 Função dos Rins na Manutenção do Equilíbrio Ácido-Base

16 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 Os íons H+ se dissociam dos ácidos fortes gerados são tamponados imediatamente H+ H HPO4= H2PO4- H A HA H+ + HCO H2CO CO2 + H2O eliminado

17 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) CO2 Constante - (HCO3- é consumido) O HCO3- é consumido no processo de tamponamento

18 (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

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

20 H2CO3 CO2 + H2O NHE3 Na+ 3 HCO3- 1 Na+ HCO-3 + H+ H+ HCO3- H2CO3
Anidrase Carbônica (AC) Túbulo proximal: reabsorve 80 a 85% do HCO3- filtrado Luz H2CO3 AC II CO2 + H2O Interstício NHE3 Na+ 3 HCO3- 1 Na+ NBC1 HCO-3 + H+ H+ HCO3- AC IV AC IV Proximal inicial H2CO3 H2O + CO2 H2CO3 CO2 + H2O A.C. II HCO-3 + H+ HCO3- Cl- AC IV BCC H2O + CO2 H+ HCO3- AC IV Proximal final 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

21 - Luz Interstício + Reabsorção de HCO3- em alça espessa de Henle 20%
3Na+ Na+ ATP 100% K+ 2K+ 2Cl- K+ K+ Cl- 10% - + H2CO3 CO2 + H2O A.C. II H2CO3 + H+ 85% Na+ Cl- NHE3 BCC CO2 + H2O HCO3- H+ HCO3- Cl- Dpte = + 8 mV 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

22 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 como H+ livre?! Para eliminar 70 mmol/dia de H+ livre com pH de 4,5: 2.300 L de urina !!!! NÃO DÁ PARA ELIMINAR COMO H+ LIVRE!!

23 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 por ácidos tituláveis Geração de HCO3- novo Por secreção de NH4+ HCO3- NH4+ Glutamina

24 H2CO3 CO2 + H2O NHE3 Na+ 3 HCO3- 1 Na+ HPO42- + H+ H2PO4- H+ HCO3-
Anidrase Carbônica (AC) Luz H2CO3 AC II CO2 + H2O Interstício Se o tampão que capta o H+ na luz não é HCO3- , há absorção de HCO3- novo NHE3 Na+ 3 HCO3- 1 Na+ NBC1 HPO42- + H+ H2PO4- H+ HCO3- AC IV Bicarbonato Novo H2CO3 CO2 + H2O A.C. II HCO3- Cl- NBC1 HPO42- + H+ H2PO4- H+ HCO3- AC IV 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

25 - HPO42- + H+ H2PO4- Luz Interstício +
Geração de ácidos tituláveis em alça espessa de Henle Luz Interstício 3Na+ Na+ ATP K+ 2K+ pH = 7,4 2Cl- K+ K+ pH = 6,5 Cl- - + H2CO3 CO2 + H2O A.C. II Bicarbonato novo pH = 6,8 Na+ Cl- NHE3 BCC HPO42- + H+ H2PO4- H+ HCO3- Cl- Dpte = + 8 mV 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

26 - HPO42- + H+ H2PO4- Luz Interstício +
Geração de ácidos tituláveis em túbulo distal Luz Interstício 3Na+ Na+ pH = 7,4 2K+ pH = 6,2 Cl- pH = 6,5 K+ K+ K+ Cl- - + H2CO3 CO2 + H2O A.C. II pH = 6,8 Bicarbonato novo Na+ Cl- HPO42- + H+ H2PO4- BCC H+ HCO3- Cl- 1 H+ 1 HCO3- Para cada H+ secretado, um bicarbonato é reabsorvido

27 HPO42- + H+ H2PO4- Geração de ácidos tituláveis em ductos coletores α
Luz Tubular aldosterona 3Na+ ATP Na+ pH = 7,4 2 K+ Células Principais (70%) pH = 6,2 K+ pH = 6,5 K+ H2O AQP3 H2O H2O AQP4 AQP2 Principais Cl- α Células Intercaladas a e b (30%) Cl- HCO3- H+ K+ ATP Bicarbonato novo pH = até 4,5 pH = 6,8 Cl- HPO42- + H+ H2PO4- H+ Figura 22: Mecanismos de transporte iônico nos dois tipos de células presentes em ducto coletor cortical. Esse segmento tubular tem as características de um epitélio de alta resistência de via paracelular: 1) o influxo de Na+ na célula (células principais) se faz por canais para Na+, e não por transporte acoplado como ocorre em todos os demais segmentos anteriores; 2) tem permeabilidade a água condicionada à presença de hormônio antidiurético. Os demais segmentos ou são constitutivamente permeáveis ou constitutivamente impermeáveis a água. Ver texto para descrição dos mecanismos de transporte existentes nesse segmento. Intercalada α β H+ Cl- ATP HCO3- Intercalada β

28

29 ÁCIDO TITULÁVEL Meço os ácidos tituláveis da urina medindo a quantidade de mmoles de base que devem ser adicionados para voltar a urina ao pH do plasma EXCRETAMOS NAS 24 HORAS CERCA DE MILIMOLES DE ÁCIDOS COMO ÁCIDOS TITULÁVEIS

30 Os ácidos tituláveis não são suficientes para eliminar os ~ 70 mmoles de ácidos fixos gerados diariamente e que consumiram 70 mmoles de HCO3- Geração de HCO3- novo HCO3- NH4+ Glutamina 35 a 40 mmoles/dia A geração de amônium completa o processo de geração de HCO3- novo

31 Túbulo Proximal NH4+ NH3 Na+ NH4+ ou H+ NH3 + H+ 2 HCO3- (novo) 2 NH4+
Luz tubular Mitocôndria Interstício/capilar Glutamina Na+ NH4+ + α-cetoglutarato glutamina NH4+ + glutamato 2 OH- + 2CO2  2 HCO3- Oxaloacetato Glicose + Glutamina Na+ NH3 + H+ NH4+ NH3 Na+ NH4+ ou H+ NHE3 NH3 + H+ 2 NH4+ 2 HCO3- (novo) 1 NH4+ 1 HCO3-

32 Ducto coletor NH4+ é transportado para o interstício em segmento espesso NH3 se difunde para o local de pH mais baixo No local de pH mais baixo, a concentração de NH3 é menor, porque NH3 transforma-se em NH4+ DCM NH4+ NH3 H+ Células intercaladas a lúmen NH4+ H+ + NH3 NH3 urina

33 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

34 Aumento na produção de ácidos fixos

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

36 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

37 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

38 ACIDOSE METABÓLICA

39 ÁCIDO TITULÁVEL AMÔNIO

40 O QUE PROVOCA A ACIDOSE METABÓLICA?
Perda de HCO3-: Perda intestinal (diarréia) [HCO3-]pl cai e [Cl-]pl aumenta Produção aumentada de ácidos fixos Ácido láctico Cetoácidos (diabetes mellitus não tratado) Excreção renal de ácidos diminuída Insuficiência renal Acidose tubular renal (perda de HCO3-)

41 Aumento da produção de ácidos fixos ou perda de HCO3 - : acidose metabólica
1º Consumo ou perda de HCO3- 2º Compensação respiratória 3º Correção renal: aumenta a secreção de H+ e a geração de HCO3- novo. pH HCO3- [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2 PCO2

42 Perda de ácidos ou ganho de bases: alcalose metabólica
1º Aumento do HCO3- Causas: Vômitos, sonda nasogátrica  perda de HCl 2º Compensação respiratória 3º Correção renal: diminui a secreção de H+, aumenta a perda renal de HCO3- PCO2 pH HCO3- [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2

43 Acidose respiratória aguda: HIPOVENTILAÇÃO
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Acidose respiratória crônica HA H+ + A- 2) Compensação renal Aumento da geração de HCO3- novo, principalmente pela produção de NH4+ pH HCO3- PCO2 [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2

44 [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2 CO2 + H2O H2CO3 HA H+ + A-
Alcalose respiratória aguda: HIPERVENTILAÇÃO Alcalose respiratória crônica 2) Compensação renal: Redução da secreção de H+ Redução da geração de HCO3- novo via NH4+ pH HCO3- PCO2 H+ + HCO3- [HCO3-] pH = 6,1 + log 0,03 . pCO2