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Equilíbrio Ácido- Básico O Papel dos Rins
O organismo produz diariamente 80 mEq (50 a 100 mmoles/dia) de ácidos não voláteis (não excretáveis pelos pulmões), principalmente a partir do metabolismo das proteínas. E cerca de 15 a 20 moles/dia de ácidos voláteis. O mecanismo primário para a remoção desses ácidos não voláteis é a excreção renal. Entretanto o controle preciso das concentrações de íons H+^ no Líquido extracelular (LEC) envolve mais que a simples eliminação desses íons pelos rins, como mecanismos de tamponamento ácido-básico envolvendo o sangue, as células e os pulmões, que são essenciais à manutenção das concentrações normais dos íons H+, tanto no Líquido intracelular (LIC) quanto no LEC. A concentração de íons H+^ nos líquidos corporais é normalmente mantida em nível baixo, em comparação aos outros íons. [H+] 40 x 10-9Eq/l ou 40 nEq/l O íon Hidrogênio é um próton livre liberado a partir do átomo de Hidrogênio, as moléculas que contém átomos de Hidrogênio são capazes de liberar íons Hidrogênio e são denominadas ácidos. Ex: HCl se ioniza na água e libera H+^ e Cl-. H 2 CO 3 se ioniza na água e libera H+^ e HCO 3 -^. Uma base é um íon ou molécula que pode aceitar um íon H+. Ex: HCO 3 -^ é uma base visto que pode combinar-se com o H+^ e formar o H 2 CO 3. HPO 4 --^ é uma base visto que pode combinar-se com o H+^ e formar o H 2 PO 4 --. As proteínas também funcionam como base, visto que alguns aminoácidos têm carga negativa e prontamente aceitam íons H+. A Hemoglobina nos eritrócitos e as proteínas em outras células estão entre as bases mais importantes no corpo. O termo base é freqüentemente é utilizado como sinônimo do termo álcali, que é uma molécula formada pela combinação de um ou mais dos metais alcalinos (Sódio, Potássio e Lítio) com um íon fortemente básico como o íon hidroxila (OH-). A porção básica dessas moléculas reage rapidamente com os íons H+^ para removê- los da solução. Alcalose refere-se a remoção excessiva de íons H+^ dos líquidos corporais. Acidose refere-se a adição excessiva de íons H+^ nos líquidos corporais. Distúrbios ácido-básicos metabólicos resultam da mudança na [HCO 3 - ]. Distúrbios ácido-básicos respiratórios resultam da mudança na pCO 2. Ácido forte: rapidamente se dissocia e libera grandes quantidades de H+^ na solução, ex: HCl. Base forte: reage rapidamente e fortemente com o H+^ e remove ativamente íons H+ da solução, ex: OH-^ forma H 2 O. Ácido fraco: libera íons H+^ com menor intensidade, ex: H 2 CO 3. Base fraca: liga-se mais fracamente com o H+^ do que a hidroxila, ex: HCO 3 -. A maioria dos ácidos e bases no LEC que estão envolvidos no controle ácido-básico são ácidos e bases fracas (H 2 CO 3 e o HCO 3 - ).
pH dos Líquidos Corporais
Concentrações extremas de íons H+^ podem variar desde 10 nEq/l a 160 nEq/l sem causar a morte. Como a concentração de íons H+^ é normalmente muito baixa, se costuma expressar esta concentração em escala logarítmica, utilizando-se as unidades de pH, que está relacionado à verdadeira concentração de íons H+. pH = log 1/ [H+] = - log [H+] A partir desta fórmula podemos verificar que o pH esta inversamente relacionado com a concentração de íons H+, pH baixo = alta concentração de íons H+^ e um pH alto = baixa concentração de íons H+. Os limites de pH compatíveis com a vida são 6,8 e 8,0. A necessidade de ajuste nestes limites é devido a influencia do pH na atividade enzimática, no funcionamento cardíaco e oxigenação tecidual. A faixa normal de variação do pH sangüíneo é de 7,37 a 7,42.
Tampões, Pulmões e Rins
Existem 3 sistemas primários que regulam a concentração de íons H+^ nos líquidos corporais para evitar o desenvolvimento de acidose e alcalose:
- Os sistemas químicos de tampões ácido-básicos dos líquidos corporais (primeira linha de defesa contra as variações de pH)
- O centro respiratório
- Os rins.
Tampão
Qualquer substância que pode ligar-se reversivelmente aos íons H+. Ácido fraco e sua base conjugada e uma base fraca e seu ácido conjugado.
TAMPÃO + H+^ TAMPÃO H
Sistema tampão bicarbonato : ácido fraco e sal bicarbonato
- ácido carbônico
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H+^ + HCO 3 -
- anidrase carbônica
- Enzima presente nas células alveolares pulmonares, células tubulares renais, hemácias.
O CO 2 é produzido constantemente pelas células devido aos processos metabólicos, se difunde das células para os líquidos intersticiais e daí para o sangue, onde é levado aos pulmões para ser trocado e eliminado na atmosfera. Em média existem 1,2 mmol/l CO 2 dissolvidos no LEC, o que corresponde a pCO 2 de 40 mmHg. Se a produção de CO 2 aumentar eleva a pCO 2 , se ocorrer redução metabólica a pCO 2 diminui. O aumento da concentração dos íons H+^ estimula a ventilação alveolar. Sistema de feedback negativo, eficiência de 50 a 75%, resposta observada em 3 a 15 min. Se a produção metabólica de CO 2 permanecer constante o único outro fator capaz de afetar a pCO 2 é a ventilação alveolar. Quanto mais alta a ventilação alveolar, menor pCO 2 e quanto menor a ventilação alveolar maior a pCO 2.
Controle Químico da Respiração
O objetivo final da respiração: manutenção dos níveis de O 2 , CO 2 e H+^ nos tecidos. O excesso de CO 2 e H+^ no sangue exerce ação direta no centro respiratório, intensificando os sinais motores tanto inspiratórios como expiratórios (músculos). O 2 não exerce efeito direto (atua em quimiorreceptores periféricos - corpos carotídeos e aórticos); níveis de pO 2 < 70 mmHg (60 para 30). Resposta dos neurônios quimiossensíveis aos íons H+, que não atravessam facilmente a barreira hematoencefálica.
Efeito do CO 2 sangüíneo sobre a estimulação da área quimiossensível:
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H+^ + HCO 3 -
O efeito estimulador do CO 2 é diminuído após 1 a 2 dias (intenso nas primeiras horas declina gradualmente, diminuindo 1/5 efeito inicial). A capacidade global de tamponamento do sistema respiratório é 1 a 2 vezes maior que os tampões químicos. Anormalidades respiratórias podem causar mudanças nas concentrações de íons H+, levando a acidose respiratória.
Controle Renal
Os rins controlam o equilíbrio ácido-básico ao excretarem urina ácida ou básica. Os rins desempenham papel chave na regulação dos íons H+. Os rins impedem a perda de Bicarbonato na urina, cerca de 4320 mEq de Bicarbonato por dia são filtrados em condições normais, e quase todo ele é reabsorvido. Os 80 mEq de ácidos não voláteis produzidos diariamente principalmente a partir do metabolismo das proteínas são excretados pelos rins. Cerca de 4400 (4320 + 80) mEq de íons H+^ devem ser secretados diariamente no líquido tubular. Na alcalose ocorre a redução dos íons H+do LEC, os rins são incapazes de reabsorver todo o HCO 3 -^ filtrado, aumentando assim a excreção de HCO 3 - , esta perda de HCO 3 -^ eqüivale a adicionar íons H+^ ao LEC. Na acidose os rins não excretam HCO 3 -^ na urina, mas reabsorvem todo o HCO 3 - filtrado e produzem novo HCO 3 - , que é devolvido ao LEC.
Os íons H+^ não são em sua maior parte excretados como íons livres, mas sim em combinação com outros tampões urinários como o fosfato e a amônia. Os rins controlam a concentração de íons H+^ do LEC através de 3 mecanismos básicos:
- Secreção de íons H+
- Reabsorção dos íons HCO 3 -^ filtrados
- Produção de novos íons HCO 3 -.
A secreção de íons H+^ e reabsorção de Bicarbonato ocorrem em todas as partes dos túbulos, exceto nos ramos delgados descendente e ascendente da alça de Henle, mas cerca de 80 a 90 % ocorre no TCP. A cada Bicarbonato reabsorvido, é necessária a secreção de um íon H+. As células epiteliais do túbulo proximal, segmento espesso da alça de Henle e túbulo distal secretam íons H+^ através do contratransporte de Na+-H+. Íons HCO 3 -^ são titulados com os íons H+^ nos túbulos. No excesso de íons HCO 3 -^ em relação aos íons H+^ (alcalose metabólica), o excesso de íons HCO 3 -^ não podem ser reabsorvidos e então são excretados na urina. Na acidose o excesso de íons H+^ , provoca a reabsorção completa de íons HCO 3 - enquanto que o excesso de íons H+^ passa para a urina (tamponados pelos íons fosfatos e amônia e excretados como sais). Células intercaladas no túbulo distal final e coletor secretam íons H+^ por transporte ativo primário. Bomba ativa é responsável por 5% do total de íons H+^ secretados, mecanismo importante na formação de urina maximamente ácida. Quando ocorre secreção de íons H+^ em quantidades superiores ao HCO 3 -^ apenas pequena parte desses íons pode ser excretada na forma iônica (pH mínimo da urina é de 4, = [H+] 0,03 mEq/l). Os íons H+^ são excretados com os tampões no líquido tubular. Os tampões mais importantes são os tampões fosfato (HPO 4 --^ e H 2 PO 4 - ) e amônia. Sistema tampão fosfato transporta o excesso de íons H+^ na urina e gera novo HCO 3 - .Toda vez que H+^ se ligar com um tampão diferente do HCO 3 -^ o efeito final consiste na adição de novo HCO 3 -^ ao sangue.
Tampão Amônia
O sistema tampão amônia (NH 3 ) e o íon amônio (NH 4 ) são os mais importantes do ponto de vista quantitativo (o fosfato é reabsorvido e apenas 30 a 40 mEq/dia são disponíveis para o tamponamento dos íons H+). O íon amônio é sintetizado a partir da Glutamina (transportada ativamente para o interior das células epiteliais dos túbulos proximais, ramo ascendente espesso da alça de Henle e túbulos distais). Cada molécula de Glutamina é metabolizada para formar dois íons amônio (NH 4 ) e dois íons HCO 3 -. O NH 4 é transportado por mecanismo de contratransporte em troca do Na+^ e o HCO 3 -^ é reabsorvido pelo sangue - novo HCO 3 -.
