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INTRODUÇÃO AO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE
CONCEITOS GERAIS
A regulação dos líquidos do organismo compreende a manutenção de concentrações adequadas de água e eletrólitos e a preservação da concentração de íons hidrogênio dentro de uma faixa estreita, adequada ao melhor funcionamento celular. A manutenção da quantidade ideal de íons hidrogênio nos líquidos intracelular e extracelular depende de um delicado equilíbrio químico entre os ácidos e as bases existentes no organismo, denominado equilíbrio ácido-base. Quando a concentração dos íons hidrogênio se eleva ou se reduz, alteram-se a permeabilidade das membranas e as funções enzimáticas celulares; em consequência, deterioram-se as funções de diversos órgãos e sistemas. Os pacientes com disfunção de órgãos frequentemente apresentam alterações no equilíbrio ácido-base. Nos pacientes graves, especialmente os que necessitam de terapia intensiva, aquelas alterações são mais manifestas e, não raro, assumem a primazia do quadro clínico. O diagnóstico e o tratamento dos desvios do equilíbrio ácido-base, geralmente, resultam em reversão do quadro geral do paciente e garantem a sua sobrevida. A frequente determinação dos parâmetros que avaliam o equilíbrio ácido-base do organismo é parte importante da monitorização do paciente grave, em qualquer protocolo de terapia intensiva. Um grande número de doenças ou condições podem ser melhoradas ou curadas, se o paciente puder ser mantido vivo por um tempo mais prolongado. Determinados procedimentos terapêuticos ou de suporte vital, como a ventilação mecânica e o uso intensivo de diuréticos, podem produzir alterações do equilíbrio ácido-base, o que reforça a necessidade da sua monitorização criteriosa e da detecção precoce das suas alterações. METABOLISMO A função normal das células do organismo depende de uma série de processos bioquímicos e enzimáticos do metabolismo celular. Diversos fatores devem ser mantidos dentro de estreitos limites, para preservar a função celular, como a osmolaridade, os eletrólitos, os nutrientes, a temperatura, o oxigênio, o dióxido de carbono e o íon hidrogênio. Um dos fatores mais importantes para o metabolismo celular é a quantidade de hidrogênio livre existente dentro e fora das células. As variações da concentração do hidrogênio podem produzir grandes alterações na velocidade das reações químicas celulares. O metabolismo é o conjunto das transformações de matéria e energia que ocorrem nos sistemas biológicos. Como resultado do metabolismo, as células preservam a capacidade de reproduzir, crescer, contrair, secretar e absorver. As transformações da matéria são produto das reações químicas que ocorrem no organismo e se acompanham da produção ou consumo de energia. Existem quatro grandes formas de energia nos organismos vivos: as energias química, mecânica, elétrica e térmica. A energia química pode ser transformada em energia mecânica, elétrica e térmica; entretanto, essas transformações são irreversíveis. Isto significa que as energias mecânica, elétrica ou térmica não podem ser transformadas em energia química. Portanto, a energia química resultante do metabolismo é a única fonte da energia utilizada pelo organismo, para a manutenção da vida e para as suas diversas atividades. EFEITOS DO ÍON HIDROGÊNIO NO ORGANISMO A unidade de medida da concentração dos íons hidrogênio nos líquidos do organismo é denominada pH. A redução do pH é denominada acidose, enquanto o seu aumento é chamado de alcalose. Ambos, acidose e alcalose, são consequências de alterações da concentração do íon hidrogênio no organismo. A ocorrência de acidose ou de alcalose reduz a eficiência de uma série de
reações químicas celulares, das quais depende a função dos órgãos e sistemas. O metabolismo intracelular exige uma faixa estreita da concentração de íon hidrogênio (pH), para que os processos enzimáticos e bioquímicos possam ocorrer eficiente e apropriadamente. Os ácidos e as bases afetam o comportamento químico da água; alterações na concentração de ácidos ou bases, em consequência, interferem nas reações químicas que ocorrem nas soluções do organismo, nas quais a água é o solvente universal. Os íons hidrogênio são partículas extremamente móveis; as alterações da sua concentração afetam a distribuição celular de outros íons, como sódio, potássio e cloretos e modificam a atividade das proteinas, em especial das enzimas. Diversas atividades fisiológicas são afetadas pela concentração dos íons hidrogênio. Variações do pH podem produzir alterações significativas no funcionamento do organismo, tais como:
- Aumento da resistência vascular pulmonar;
- Redução da resistência vascular sistêmica;
- Alterações da atividade elétrica do miocárdio;
- Alterações da contratilidade do miocárdio;
- Alterações da atividade elétrica do sistema nervoso central;
- Alterações da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio;
- Modificação da resposta a certos agentes químicos, endógenos e exógenos, como por exemplo, hormônios e drogas vasoativas. Desvios importantes do pH, especialmente se ocorrem em curtos intervalos, são mal tolerados e podem ameaçar a vida. Os pacientes que permanecem em acidose severa e prolongada, geralmente morrem em estado de coma; os pacientes que permanecem em alcalose severa e prolongada, geralmente morrem por convulsões ou lesões neurológicas irreversíveis. A concentração do hidrogênio livre no organismo depende da ação de substâncias que disputam o hidrogênio entre sí. Essas substâncias são as que cedem hidrogênio e as que captam o hidrogênio. As substâncias que podem ceder hidrogênio em uma solução, são chamadas de ácidos, enquanto as substâncias que podem captar o hidrogênio nas soluções, são as bases. A concentração final do hidrogênio livre nos líquidos orgânicos, resulta do equilíbrio entre aqueles dois grupos de substâncias, ácidos e bases. Na presença de oxigênio (metabolismo aeróbico), o principal produto final do metabolismo celular é o ácido carbônico, prontamente eliminado nos pulmões, durante os processos de ventilação pulmonar. Na ausência ou na insuficiência de oxigênio (metabolismo anaeróbico) os principais produtos finais do metabolismo são ácidos não voláteis, principalmente o ácido lático, cuja eliminação é mais lenta e requer metabolização adicional no fígado para excreção pelos rins. ÁCIDOS DO ORGANISMO O metabolismo celular produz ácidos, que são liberados continuamente na corrente sanguínea e que precisam ser neutralizados, para impedir as variações do pH. O principal ácido do organismo é o ácido carbônico, um ácido instável, que tem a propriedade de se transformar facilmente em dióxido de carbono e água. O dióxido de carbono é transportado pelo sangue e eliminado pelos pulmões, enquanto o excesso da água é eliminada pela urina. Os demais ácidos do organismo são fixos, ou seja, permanecem em estado líquido e são, principalmente, os ácidos alimentares, o ácido lático e os ceto-ácidos; o metabolismo das proteinas também produz alguns ácidos inorgânicos. O ácido lático, em condições normais, é produzido, em pequena quantidade pelas hemácias, pelo cérebro e pela contração dos músculos estriados. Quando a oxigenação dos tecidos é inadequada (hipóxia), o metabolismo passa a produzir energia utilizando vias químicas que não dependem do oxigênio e, ao invés de produzir o ácido carbônico, os tecidos passam a produzir ácido lático, como produto metabólico final. O lactato em excesso, dentro de certos limites, é metabolizado no fígado.
sangue (líquido intravascular). CONCEITO DE ÁCIDO E BASE Os elementos importantes para a função celular estão dissolvidos nos líquidos intra e extracelular. Sob o ponto de vista químico, uma solução é um líquido formado pela mistura de duas ou mais substâncias, homogeneamente dispersas entre sí. A mistura homogênea apresenta as mesmas propriedades em qualquer ponto do seu interior e não existe uma superfície de separação entre os seus componentes. A solução, portanto, consiste de um solvente, o composto principal, e um ou mais solutos. Nos líquidos do organismo a água é o solvente universal; as demais substâncias em solução, constituem os solutos. Em uma solução, um soluto pode estar no estado ionizado ou no estado não ionizado. Nos líquidos do organismo, os solutos existem em ambas as formas, em um tipo especial de equilíbrio químico. Quando um soluto está ionizado, os elementos ou radiciais químicos que o compõem, estão dissociados uns dos outros; a porção da substância que existe no estado ionizado é chamada íon. O soro fisiológico, por exemplo, é uma solução de água (solvente) contendo o cloreto de sódio (soluto). Uma parte do cloreto de sódio está no estado dissociado ou ionizado, constituida pelos íons Cl- (cloro) e Na+ (sódio), enquanto uma outra parte está no estado não dissociado, como NaCl (cloreto de sódio); ambas as partes estão em equilíbrio químico. Existem substâncias, como os ácidos fortes, as bases fortes e os sais, que permanecem em solução, quase completamente no estado ionizado. Outras substâncias, como os ácidos e as bases fracas, ao contrário, permanecem em solução em graus diversos de ionização. A água tem sempre um pequeno número de moléculas no estado ionizado. Os íons combinam-se entre si conforme a sua carga elétrica. Os cátions são os íons com carga elétrica positiva, como o hidrogênio (H+) e o sódio (Na+). Os ânions são os íons com carga elétrica negativa, como o hidróxido ou hidroxila (OH-) e o cloreto (Cl-). Para ser um ácido, é necessário que a molécula da substância tenha, pelo menos, um hidrogênio ligado ionicamente. O hidrogênio ionizado, simplesmente representa um próton. Um ácido é uma substância que, em solução, é capaz de doar prótons (H+). Uma base é uma substância que, em solução, é capaz de receber prótons. Em outras palavras, os ácidos são substâncias que, quando em solução, tem capacidade de ceder íons hidrogênio; as bases são substâncias que, quando em solução, tem capacidade de captar íons hidrogênio. Um ácido forte pode doar muitos íons hidrogênio para a solução, porque uma grande parte das suas moléculas se encontra no estado dissociado (estado iônico). Do mesmo modo, uma base forte pode captar muitos íons hidrogênio de uma solução. CONCEITO DE pH A atividade dos íons hidrogênio em uma solução qualquer, depende da quantidade de hidrogênio livre na solução. Para a avaliação do hidrogênio livre nas soluções, usa-se a unidade chamada pH. O termo pH significa potência de hidrogênio e foi criado para simplificar a medida da concentração de íons hidrogênio (H+) na água e nas soluções. A água é a substância padrão usada como referência, para expressar o grau de acidez ou de alcalinidade das demais substâncias. A água se dissocia em pequena quantidade em íons hidrogênio (H+) e hidroxila (OH-). A água é considerada um líquido neutro por ser o que menos se dissocia ou ioniza. A quantidade de moléculas dissociadas ou ionizadas na água é muito pequena, em relação ao total de moléculas, bem como são pequenas as quantidades de íons H+ e OH-, em solução. Para cada 1 molécula de água dissociada em H+ e OH-, há 10.000.000 de moléculas não dissociadas. A concentração do H+ na água, portanto, é de 1/10.000.000 ou seja 0,0000001. Para facilitar a comparação dessas pequenas quantidades de íons, foi adotada a fração exponencial, ao invés da fração decimal. Assim, pela fração exponencial o valor de 0,0000001 é
expresso como 10-7, chamada "potência sete do hidrogênio", e significa a sua concentração na água. Para evitar a utilização de frações exponenciais negativas, foi criada a denominação pH, que representa o logarítmo negativo, ou seja, o inverso do logarítmo, da atividade do íon hidrogênio. O pH de uma solução, portanto, representa o inverso da sua concentração de íons hidrogênio. Esta forma de representação permite que os valores da atividade do hidrogênio nas soluções, sejam expressos com números positivos. Como as quantidades dos íons nas soluções se equivalem, a água tem partes iguais do cátion (H+) e do ânion (OH-), ou seja, a concentração de (H+) é de 10-7 e a concentração de (OH-) também é de 10-7. A água, portanto, tem o pH=7. H2O Û H+ (10-7) + OH- (10-7) A água é considerada uma substância neutra. Isto equivale a dizer que a água não é ácido nem base e serve de comparação para as demais soluções. Um ácido forte, em solução, libera uma quantidade de íons hidrogênio (H+), muito maior que a água. O seu pH, portanto será inferior ao da água. Ao contrário, uma base forte, por aceitar muitos prótons ou íons hidrogênio da solução, permitirá que apenas uma pequena parte dos íons fique livre, em comparação à água. O pH da base forte, portanto, será superior ao pH da água. O pH é expresso por uma escala numérica simples que vai de 0 (zero) a 14. O ponto 7 da escala é o ponto de neutralidade e representa o pH da água. As soluções cujo pH está entre 0 e 7 são denominadas ácidas; as que tem o pH entre 7 e 14 são denominadas básicas ou alcalinas. Quanto maior a concentração de hidrogênio livre em uma solução, tanto mais baixo será o seu pH. REGULAÇÃO DO pH NO ORGANISMO Quando se adiciona ácido à água, mesmo em pequenas quantidades, o pH da solução se altera rapidamente. O mesmo fenômeno ocorre com a adição de bases. Pequenas quantidades de ácido ou de base podem produzir grandes alterações do pH da água. Se adicionarmos ácido ou base ao plasma sanguíneo, veremos que há necessidade de uma quantidade muito maior de um ou de outro, até que se produzam alterações do pH. Isto significa que o plasma dispõe de mecanismos de defesa contra variações bruscas ou significativas do pH. O balanço entre os ácidos e as bases no organismo se caracteriza pela busca permanente do equilíbrio; o plasma resiste às alterações do pH, por meio de pares de substâncias, capazes de reagir tanto com ácidos quanto com bases, chamadas sistemas "tampão". Os mesmos mecanismos de defesa existem nos líquidos intracelular e intersticial. Três mecanismos regulam o pH dos líquidos orgânicos, conforme demonstra a figura 3. O mecanismo químico é representado pelos sistemas tampão, capazes de neutralizar ácidos e bases em excesso, dificultando as oscilações do pH. O mecanismo respiratório, de ação rápida, elimina ou retém o dióxido de carbono do sangue, conforme as necessidades, moderando o teor de ácido carbônico. O mecanismo renal é de ação mais lenta e, fundamentalmente, promove a poupança ou a eliminação do íon bicarbonato, conforme as necessidades, para, à semelhança dos demais mecanismos, assegurar a manutenção do pH dentro dos limites normais. VALORES NORMAIS DO pH A água é o solvente universal dos líquidos orgânicos; a sua concentração de hidrogênio livre ou ionizado é utilizada como valor de comparação para as demais soluções. O pH normal da água, considerada um líquido neutro é 7. As soluções com pH inferior a 7 são consideradas ácidas e as soluções com pH superior a 7 são consideradas alcalinas. Os líquidos orgânicos são constituidos de água contendo uma grande quantidade de solutos de diversas características químicas e iônicas. A solução orgânica padrão para a avaliação do pH é o sangue. O pH normal do sangue varia dentro da pequena faixa de 7,35 a 7,45. Em comparação com a água, portanto, o sangue normal tem o pH levemente alcalino. Essa alcalinidade do sangue representa a atividade iônica de numerosas substâncias incluindo-se os sistemas tampão.
Bicarbonato/Ácido Carbônico 64% Hemoglobina/Oxihemoglobina 28% Proteinas ácidas/Proteinas básicas 7% Fosfato monoácido/Fosfato diácido
A Tabela da figura 5 (acima) lista os sistemas tampão que existem no sangue (líquido intravascular), nos tecidos (líquido intersticial) e no interior das células (líquido intracelular). Quando um ácido se acumula em maior quantidade no organismo, é neutralizado no sangue, no líquido intersticial e no interior das células, em partes aproximadamente iguais, ou seja, 1/3 do ácido é neutralizado no sangue, 1/3 é neutralizado no líquido intersticial e 1/3 no líquido intracelular. O processo intracelular é mais lento e pode demorar cerca de duas horas, para compensar uma alteração. Quando um ácido é adicionado ao sangue, o bicarbonato do tampão prontamente reage com ele; a reação produz um sal, formado com o sódio do bicarbonato e ácido carbônico. Essa reação diminui a quantidade de bases e altera a relação entre o bicarbonato e o ácido carbônico. O ácido carbônico produzido pela reação do bicarbonato do tampão, se dissocia em CO2 e água; o CO2 é eliminado nos pulmões, recompondo a relação de 20:1 do sistema protetor. Quando uma base invade o organismo, o ácido carbônico prontamente reage com ela, produzindo bicarbonato e água. O ácido carbônico diminui. Os rins aumentam a eliminação de bicarbonato ao invés do íon hidrogênio, reduzindo a quantidade de bicarbonato no organismo, para preservar a relação do sistema tampão. Todos os sistemas tampão do organismo atuam da mesma forma que o sistema bicarbonato/ácido carbônico. O sistema neutraliza o excesso de ácidos ou de bases e em seguida o organismo tenta recompor a relação normal do tampão. O princípio fundamental da regulação do equilíbrio ácido-base é a manutenção da relação constante entre o numerador e o denominador do sistema tampão. O bicarbonato total disponível no organismo é de aproximadamente 1.000 mEq, dos quais cerca de 450 mEq. estão imediatamente disponíveis, distribuidos em 15 litros de líquido extracelular, sendo 3 litros de plasma e 12 litros de líquido intersticial. Nas alcaloses o organismo tolera a redução dos íons hidrogênio em cerca da metade do seu valor normal, até alcançar o pH incompatível com a vida celular. Nas acidoses, o organismo tolera a elevação dos íons hidrogênio 3 vezes acima do normal, até alcançar o pH incompatível com a vida. INTEGRAÇÃO DA DEFESA CONTRA VARIAÇÕES DO pH Os sistemas de defesa que mantém o pH dos líquidos orgânicos dentro de uma faixa estreita, atuam perfeitamente integrados em suas funções. Todos os líquidos do organismo possuem sistemas tampão, para impedir alterações significativas da concentração dos íon hidrogênio ou, em outras palavras, do pH. Se a concentração do íon hidrogênio aumenta ou diminui significativamente, o centro respiratório é imediatamente estimulado, para alterar a frequência respiratória e modificar a eliminação do dióxido de carbono. As variações da eliminação do dióxido de carbono, tendem a retornar o pH aos seus valores normais. Quando o pH se afasta da faixa normal, os rins eliminam urina ácida ou alcalina, contribuindo para o retorno da concentração dos íons hidrogênio aos valores normais. O TAMPÃO BICARBONATO/ÁCIDO CARBÔNICO O sistema tampão constituido pelo bicarbonato e pelo ácido carbônico tem características especiais nos líquidos do organismo. O ácido carbônico é um ácido bastante fraco e a sua dissociação em íons hidrogênio e íons bicarbonato é mínima, em comparação com outros ácidos.
Em cada 1.000 moléculas de ácido carbônico, cerca de 999 estão em equilíbrio sob a forma de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), do que resulta uma alta concentração de dióxido de carbono dissolvido e uma baixa concentração de ácido. O sistema tampão do bicarbonato/ácido carbônico é muito poderoso porque os seus componentes podem ser facilmente regulados. A concentração do dióxido de carbono é regulada pela eliminação respiratória e a concentração do bicarbonato é regulada pela eliminação renal. OUTROS SISTEMAS TAMPÃO Além do principal sistema tampão, o bicarbonato/ácido carbônico, outros sistemas são importantes na manutenção do equilíbrio ácido-base. No líquido intracelular, cuja concentração de sódio é baixa, o tampão do ácido carbônico consiste principalmente de bicarbonato de potássio e de magnésio. O sistema tampão fosfato, formado pelo fosfato de sódio e ácido fosfórico é eficaz no plasma, no líquido intracelular e nos túbulos renais onde se concentra em grande quantidade. O sistema tampão das proteinas é muito eficaz no interior das células, onde é o sistema mais abundante. O tampão hemoglobina é exclusivo das hemácias; colabora com a função de transporte do CO2 e com o tampão bicarbonato. Os sistemas tampão não são independentes entre sí, mas cooperativos. Qualquer condição que modifique um dos sistemas também influirá no equilíbrio dos demais; na realidade, os sistemas tampão auxiliam-se uns aos outros
REGULAÇÃO RESPIRATÓRIA DO pH
CONCEITOS GERAIS
Os principais mecanismos reguladores do equilíbrio ácido-base do organismo são os sistemas tampão, a regulação respiratória e a regulação renal. Esses mecanismos atuam em conjunto e, em circunstâncias normais, mantém inalterada a concentração de íons hidrogênio dos líquidos orgânicos, assegurando as condições ideais para a função celular. A alimentação e a atividade física produzem desvios do pH que são prontamente compensados, quando as funções respiratória e renal são adequadas. Em determinados estados patológicos ou em certas alterações pulmonares ou renais, a produção de ácidos ou a retenção de bases no organismo, podem ser tão intensos que os mecanismos de compensação tornam-se incapazes de manter o equilíbrio adequado. Nessas condições, o sistema regulador colapsa e o pH dos líquidos orgânicos se altera; as funções celulares deterioram e quando a condição persiste, em geral, ocorre a morte do indivíduo. Os sistemas tampão e os mecanismos respiratórios são os principais reguladores do pH dos líquidos do organismo diante de alterações bruscas do equilíbrio entre os ácidos e as bases. VENTILAÇÃO PULMONAR O pulmão humano possui cerca de 300 milhões de alvéolos, que equivalem a uma superfície de aproximadamente 70 metros quadrados, destinada a trocar gases com o ar atmosférico. A função respiratória se processa mediante três atividades distintas, mas interrelacionadas e coordenadas:
- ventilação, que consiste no processo através do qual o ar atmosférico alcança os alvéolos, para as trocas gasosas;
- perfusão, que consiste no processo pelo qual o sangue venoso alcança os capilares dos alvéolos, para as trocas gasosas;
- difusão, o processo pelo qual o oxigênio da mistura gasosa alveolar passa para o sangue, ao mesmo tempo em que o dióxido de carbono (CO2) contido no sangue passa para o gas dos
MECANISMO DA AUTO-REGULAÇÃO DO pH A concentração de íons hidrogênio do sangue ou, em outras palavras, o pH do sangue, modifica a ventilação alveolar, através do centro respiratório. Esta estrutura do sistema nervoso central se comporta como um "sensor" do pH do sangue. Quando a concentração de íons hidrogênio do sangue está elevada (pH baixo) o centro respiratório aumenta a frequência dos estímulos respiratórios, produzindo taquipneia. Com o aumento da frequência respiratória, aumenta a eliminação do CO2 do sangue; a redução dos níveis sanguíneos do CO2 eleva o pH. A concentração de H+ no sangue é permanentemente acompanhada pelo centro respiratório, que regula seus estímulos de acordo com ela, conforme demonstra o diagrama da figura 9. Ao contrário, quando a concentração de íons hidrogênio (H+) está baixa (pH elevado), o centro respiratório diminui a frequência dos estímulos à respiração e ocorre bradipneia, que reduz a eliminação do CO2 tentando corrigir o pH do sangue. Na realidade, a regulação respiratória do pH, por estímulos do centro respiratório, não normaliza o pH do sangue, porque, à medida que a concentração do íon hidrogênio se aproxima do normal, o estímulo que modifica a atividade respiratória vai desaparecendo. Apesar disso, a compensação respiratória é extremamente eficaz para impedir grandes oscilações do pH.
REGULAÇÃO RENAL DO pH
CONCEITOS GERAIS
Os principais mecanismos reguladores do equilíbrio ácido-base do organismo são os sistemas tampão, a regulação respiratória e a regulação renal. A regulação respiratória é de ação rápida, capaz de controlar a eliminação do dióxido de carbono e dessa forma, moderar a quantidade de ácido carbônico e a concentração de hidrogênio livre no plasma sanguíneo. Quando a concentração de íons hidrogênio se afasta do normal, os rins eliminam urina ácida ou alcalina, conforme as necessidades, contribuindo para a regulação da concentração dos íons hidrogênio dos líquidos orgânicos. O mecanismo renal de regulação faz variar a concentração de íons bicarbonato (HCO3-) do sangue, mediante reações que se processam nos túbulos renais. É o mecanismo definitivo de ajuste na maioria dos desequilíbrios ácido-básicos de origem metabólica. FUNÇÕES RENAIS Os rins podem excretar diariamente cerca de 50mEq. de íons hidrogênio (H+) e reabsorver 5.000 mEq. de íon bicarbonato (HCO3-). Os rins eliminam material não volátil que os pulmões não tem capacidade de eliminar. A eliminação renal é de início mais lento, torna-se efetiva após algumas horas e demora alguns dias para compensar as alterações existentes. A eliminação de bases e seus cátions é feita exclusivamente pelos rins. Os rins tem a capacidade de reabsorver o sódio (Na+) e o potássio (K+) filtrados para a urina, eliminando o íon hidrogênio (H+) em seu lugar; o sódio reabsorvido pode ser usado para produzir mais bicarbonato e reconstituir a reserva de bases do organismo. Além de influir na restauração do equilíbrio ácido-base, os rins reagem à desidratação, à hipotensão, aos distúrbios da osmolaridade e eliminam ácidos fixos. Os rins desempenham fundamentalmente duas funções no organismo:
- eliminação de produtos terminais do metabolismo, como uréia, creatinina e ácido úrico e,
- controle das concentrações da água e de outros constituintes dos líquidos do organismo como sódio, potássio, hidrogênio, cloro, bicarbonato e fosfatos. A unidade funcional dos rins é o néfron. Existem cerca de 2.400.000 néfrons nos dois rins. Cada néfron é formado de um novelo de capilares para filtração do sangue, chamado glomérulo e um conjunto de túbulos que recebem o filtrado dos glomérulos, reabsorvem a sua maior parte e eliminam substâncias na sua luz para a formação da urina. Os rins cumprem as suas funções no organismo através de 3 mecanismos principais:
- Filtração gromerular - O sangue que alcança os glomérulos é filtrado para os túbulos renais. O líquido filtrado é chamado filtrado glomerular e corresponde a aproximadamente 180 litros por dia. O filtrado é transformado em urina à medida que atravessa os túbulos renais.
- Reabsorção tubular - Cerca de 99% do filtrado glomerular são reabsorvidos para o sangue. O restante, cerca de 1,8 L constitui a urina, que representa um concentrado do filtrado glomerular.
- Secreção tubular - A secreção tubular atua em direção oposta à reabsorção tubular. As substâncias são transportadas do interior dos capilares sanguíneos para a luz dos túbulos para mistura com a urina e subsequente eliminação. Esse transporte ativo de substâncias, a secreção tubular, é desempenhado pelas células dos túbulos renais. A secreção tubular é fundamental à manutenção do equilíbrio ácido-base. REGULAÇÃO RENAL DO pH Os rins regulam a concentração de íon hidrogênio (H+), promovendo o aumento ou a diminuição da concentração dos íons bicarbonato (-HCO3), nos líquidos do organismo. Essa variação dos íons bicarbonato ocorre em consequência de reações nos túbulos renais, às custas do mecanismo da secreção tubular . O dióxido de carbono do líquido extracelular penetra nas células tubulares e, com o auxílio da anidrase carbônica, combina-se com a água, para formar ácido carbônico, que se dissocia em íons bicarbonato e hidrogênio, conforme a reação: O hidrogênio assim formado é secretado para a luz do túbulo renal, sendo misturado ao filtrado glomerular. As células dos túbulos renais absorvem sódio do filtrado glomerular e o combinam ao íon bicabonato, produzindo o bicarbonato de sódio, que é devolvido ao líquido extracelular. A formação do bicarbonato depende da produção e secreção de H+ pelas células tubulares e mantém a reserva de bases do organismo. A figura 10 representa a atividade de uma célula tubular, nas trocas de íons hidrogênio (H+) pelos íons sódio (Na+) do filtrado glomerular, para a formação de bicarbonato. O excesso de íon hidrogênio no filtrado tubular é neutralizado pelos tampões do líquido tubular, principalmente o fosfato, a amônia, os uratos e citratos. O resultado final da excessiva secreção de íons hidrogênio nos túbulos renais é o aumento da quantidade de bicarbonato de sódio no líquido extracelular. Isso aumenta a quantidade de bicarbonato do sistema tampão bicarbonato/ácido carbônico, que mantém a normalidade do pH. Quando a quantidade de bicarbonato no sangue está aumentada, a sua proporção, em relação ao ácido carbônico, é maior e o pH está acima do normal. Nestas circunstâncias, aumenta a filtração renal dos íon bicarbonato, em relação aos íons hidrogênio secretados. A concentração mais baixa de dióxido de carbono, diminui a secreção de íons hidrogênio. Maiores quantidades de íons bicarbonato que de íons hidrogênio passam a penetrar nos túbulos. Como os íons bicarbonato não podem ser reabsorvidos sem antes reagir com o hidrogênio, todo o íon bicarbonato em excesso passa à urina, carregando com ele íons sódio e outros íons positivos. Deste modo o íon bicarbonato é removido do líquido extracelular. A perda de bicarbonato diminui a sua quantidade no sistema tampão bicarbonato/ácido carbônico o que desloca o pH dos líquidos do organismo na direção ácida. A urina eliminada contém maior quantidade de bicarbonatos e se torna alcalina.
DISTÚRBIOS DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE
CONCEITOS GERAIS
Os desvios da concentração de íons hidrogênio são ocorrências relativamente comuns nos pacientes graves, nos pacientes sob regime de terapia intensiva, especialmente quando a ventilação depende de respiradores mecânicos e nos que apresentam doença significativa pulmonar ou renal,
pulmonares, produz aumento da quantidade de ácido carbônico no sangue, com consequente redução do pH, caracterizando a acidose de origem respiratória. A acidose metabólica ocorre em consequência do aumento da quantidade de ácidos fixos, não voláteis, no sangue, como o ácido lático, corpos cetônicos ou outros. O pH do sangue se reduz, devido ao acúmulo de íons hidrogênio livres; não há interferência respiratória na produção do distúrbio. As acidoses, como distúrbio primário do equilíbrio ácido-base, são encontradas na prática clínica, mais frequentemente que as alcaloses. ALCALOSES Ocorre alcalose quando a concentração de íons hidrogênio livres, nos líquidos do organismo está reduzida. Em consequência, o pH medido no sangue arterial está acima de 7,45. Conforme o mecanismo de produção, as alcaloses podem ser de dois tipos, alcalose respiratória e alcalose metabólica. A alcalose respiratória ocorre em consequência do aumento da eliminação de dióxido de carbono nos alvéolos pulmonares. A eliminação excessiva do CO2 do sangue que atravessa os capilares pulmonares, produz redução da quantidade de ácido carbônico no sangue, com consequente elevação do pH, caracterizando a alcalose de origem respiratória. A alcalose metabólica ocorre em consequência do aumento da quantidade de bases no sangue, como o íon bicarbonato. O pH do sangue se eleva, devido à redução de íons hidrogênio livres; não há interferência respiratória na produção do distúrbio. As alcaloses como alterações primárias do equilíbrio ácido-base, são encontradas na prática clínica, com menos frequência que as acidoses.
AVALIAÇÃO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE
CONCEITOS GERAIS
A normalidade do pH, da PCO2 e das bases do sangue e demais líquidos do organismo é representada por faixas, ao invés de um valor simples e absoluto, por duas razões principais:
- As medidas de parâmetros biológicos em uma grande quantidade de indivíduos são semelhantes, mas não são exatamente iguais. Um mesmo exame, realizado em um grande número de indivíduos, mostrará uma curva de distribuição de resultados. O valor encontrado o maior número de vêzes representa o ponto médio da curva. Os valores encontrados em 95% dos indivíduos, formam um segmento simétrico da curva, acima e abaixo do ponto médio e constituem o desvio padrão. A faixa de normalidade nessa curva abrange o ponto médio e o desvios padrão inferior e superior.
- Os valores do equilíbrio ácido-base refletem a atividade metabólica das células e a atividade química de um grande número de substâncias existentes no sangue e nos líquidos intracelular e intersticial, onde ocorrem intercâmbio e reações químicas muito rápidas. O conceito de normalidade e seus valores numéricos, portanto, devem ser abrangentes e devem considerar as variações individuais. AVALIAÇÃO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE A avaliação do estado ácido-base do organismo, na prática clínica, é feita pela análise de quatro parâmetros principais, determinados em amostras de sangue arterial. Esses parâmetros são o pH, a PCO2, o bicarbonato e a diferença de bases (excesso ou déficit). Gasometria é o exame que fornece os valores que permitem analisar os gases sanguíneos e o equilíbrio ácido-base; os aparelhos utilizados para a determinação dos gases sanguíneos e do pH são
os analisadores de gases, dos quais existem vários tipos e modelos, disponíveis no mercado. Os aparelhos mais sofisticados fazem correções automáticas para o valor da hemoglobina e da temperatura e emitem os resultados já impressos em formulários próprios. Por se tratar da análise de gases, inclusive o CO2, muito volátil, diversos cuidados são essenciais em relação à coleta das amostras de sangue, transporte ao laboratório e realização imediata do exame, para assegurar a fidelidade dos resultados. A velocidade com que as condições do equilíbrio ácido-base podem se modificar, principalmente na terapia intensiva, requer a imediata análise dos resultados do exame, que refletem as condições do paciente, no momento da coleta da amostra. AMOSTRAS DE SANGUE A amostra de sangue deve ser colhida por meio da punção cuidadosa de uma artéria periférica, geralmente a artéria radial ou a femural. A punção da artéria femural é usada, quando a palpação dos pulsos radiais é difícil, devido à hipotensão arterial ou baixo débito cardíaco. Em pacientes com instabilidade cardio-respiratória, frequentemente se usa um cateter intra- arterial para a monitorização contínua da pressão arterial e análise seriada da gasometria arterial. Nesses casos o procedimento da coleta da amostra fica simplificado. Isso é comum nas unidades de terapia intensiva, durante procedimentos cirúrgicos de grande porte, como na cirurgia cardiovascular ou nos laboratórios de hemodinâmica, durante o cateterismo cardíaco. A amostra deve ser coletada com anticoagulante (heparina), para manter a fluidez do sangue. A técnica recomendada para a coleta consiste em aspirar cerca de 1 mL de heparina sódica (1. U/mL) e movimentar o líquido na seringa, apenas para "lavar" as paredes internas; logo após, desprezar todo o conteudo. O resíduo que fica no espaço morto do bico da seringa e na agulha é de cerca de 0,15mL.. Essa quantidade de heparina é suficiente para anticoagular cerca de 2 a 4 mL. de sangue. O volume mínimo da amostra deve ser de 2 mL., para manter a heparina bem diluida. Esse cuidado é importante, porque a heparina é ácida (pH em torno de 6,8). Heparina em excesso, na amostra, pode falsear a determinação do pH. Na prática, 0,05 mL. de heparina sódica são suficientes para anticoagular 1 mL. de sangue. As amostras de sangue devem ser isentas de ar. As bolhas de ar porventura existentes, devem ser imediatamente removidas. Quando a amostra contém ar, ocorre o equilíbrio gasoso com o sangue. A PCO2 da amostra será mais baixa enquanto a PO2 poderá ser mais alta e o resultado pode não refletir as condições reais do paciente. Quando o laboratório é distante do local da coleta, a amostra deverá ser transportada em gelo. O metabolismo do sangue da amostra continua; há consumo de oxigênio e produção de CO2. Este cuidado é importante, quando o transporte produz demora na análise da amostra de sangue. Decisões clínicas importantes são baseadas nos resultados da gasometria arterial; é fundamental, portanto, que os resultados do exame sejam absolutamente confiáveis. TÉCNICA DA PUNÇÃO ARTERIAL A técnica da punção radial é simples mas requer alguma experiência, para ser realizada com sucesso.
- A artéria radial é puncionada na altura do punho. Devemos inicialmente palpar a artéria para assegurar a sua perfeita localização; a mão do paciente é posicionada mantendo o punho em extensão ampla, para facilitar a palpação da artéria. A posição é mantida com apoio sobre uma compressa dobrada ou enrolada, conforme demonstra a figura 13;
- A pele no local da punção é limpa e desengordurada com algodão embebido em álcool ou solução de álcool iodado;
- Faz-se um pequeno botão anestésico no local da punção, com agulha 25, que permite várias tentativas sem produzir dor no local;
A análise do pH demonstra, simplesmente, a existência de acidose ou alcalose. Podemos, com base na experiência clínica, estimar a gravidade dos distúrbios pelos níveis do pH. Um pH igual ou inferior a 7,25 é indicativo de acidose severa, enquanto que um pH, igual ou superior a 7,55 é indicativo de alcalose severa. A avaliação isolada do pH, obviamente, não oferece qualquer indicação sobre a origem do distúrbio, que pode ser respiratória ou metabólica. VERIFICAÇÃO DA PCO Após determinar a presença de acidose ou alcalose, devemos investigar a origem do distúrbio. O passo seguinte é avaliar o componente respiratório do equilíbrio ácido-base. O componente respiratório é avaliado pela quantidade de ácido carbônico existente no sangue. O ácido carbônico existe quase completamente sob a forma de CO2 + H2O. A sua quantidade, portanto, pode ser determinada pela pressão parcial do dióxido de carbono (PCO2). A pressão parcial do CO2 no sangue arterial normal oscila entre 35 e 45mmHg. Um valor anormal da PCO2, acima de 45mmHg ou abaixo de 35mmHg, indica a origem respiratória do distúrbio. Quando a PCO2 está acima de 45mmHg significa que há retenção de CO2 no sangue, o que, em consequência reduz o pH. Existe, portanto, acidose respiratória. Quando, ao contrário, a PCO2 está abaixo de 35mmHg significa que há excessiva eliminação de CO2 do sangue e, em consequência, o pH se eleva. Nessas circunstâncias, estamos diante de um quadro de alcalose respiratória. NOTA: Embora na prática, o termo PCO2 seja de uso corrente, a expressão da pressão parcial de gases, deve respeitar a seguinte convenção: PACO2: refere-se à pressão parcial do CO2 no gas alveolar (com A maiúsculo). PaCO2: refere-se à pressão parcial do CO2 no sangue arterial (com a minúsculo). PvCO2: refere-se à pressão parcial do CO2 no sangue venoso (com v minúsculo). VERIFICAÇÃO DAS BASES A quantidade de bases disponíveis no sangue, indica o estado do componente metabólico do equilíbrio ácido-base. As bases disponíveis no organismo para a neutralização dos ácidos, não são medidas diretamente na amostra do sangue, como acontece com o pH e a pCO2; na realidade, a medida das bases é derivada das medidas anteriores. Os analisadores de gases de uso corrente calculam aqueles valores. A relação entre o bicarbonato plasmático, controlado pelos rins, e o ácido carbônico, controlado pelos pulmões, determina o pH. Esse princípio permite o cálculo das bases, em função da sua relação com o pH e a PCO2. Existem diversos modos de expressar as bases existentes no sangue. Os dois parâmetros mais correntemente utilizados na prática, são o bicarbonato real e o base excess. No analisador de gases, a amostra de sangue é colocada em presença de uma solução padronizada, cuja PCO2 é de 40mmHg. Após o equilíbrio, a PCO2 da amostra será de 40mmHg, independente do seu valor inicial. O bicarbonato real existente no sangue é calculado à partir do pH e do CO2. Os valores das bases são expressos em miliequivalentes por litro ou, mais comumente em milimols/litro (mM/L). O valor normal do bicarbonato real (BR), oscila de 22 a 28mM/L.. Quando o bicarbonato real (BR) está baixo, inferior a 22mM/L, significa que parte da reserva de bases foi consumida; em consequência o pH do sangue se reduz, configurando o quadro de acidose metabólica. Quando, ao contrário, o bicarbonato real (BR) está elevado, acima de 28mM/L, significa que há excesso de bases disponíveis no sangue. O excesso das bases eleva o pH, configurando o quadro da alcalose metabólica.
VERIFICAÇÃO DA DIFERENÇA DE BASES
O cálculo do bicarbonato ignora o poder tamponante do fosfato e das proteinas (principalmente a hemoglobina) do sangue e, portanto, não permite quantificar o distúrbio com precisão. A capacidade total de neutralização das bases é melhor refletida pelo cálculo da diferença de bases (excesso ou déficit de bases existentes). Este parâmetro é calculado à partir das medidas do pH, da PCO2 e da hemoglobina. O resultado expressa o excesso de bases existentes nas alcaloses metabólicas ou o déficit de bases existentes nas acidoses metabólicas. O valor aceito como normal para a diferença de bases é de 2mEq/L ou, em outras palavras: a diferença de bases oscila entre um déficit (BD) de -2,0mEq/l e um excesso (BE) de +2,0mEq/l. Usa-se o termo excesso de bases, do inglês "base excess" (BE) para exprimir o resultado positivo e o termo déficit ou deficiência de bases, "base deficit" (BD) para exprimir o resultado negativo. Um déficit de bases indica a existência de acidose metabólica, enquanto o excesso de bases indica alcalose metabólica. O comportamento da diferença de bases está representado na figura 17. A diferença de bases calculada, na realidade, representa o número de miliequivalentes de bases que faltam ou que excedem para que o pH do sangue seja normal (7,40). DISTÚRBIOS COMPENSADOS Os distúrbios do equilíbrio ácido-base ativam os mecanismos de compensação. Dessa forma, se o distúrbio se prolonga, os exames poderão mostrar também o resultado da ação dos mecanismos compensadores. O resultado dos exames laboratoriais representa o distúrbio primário e as tentativas de compensação do organismo. Por essa razão, quando a alteração primária tem duração suficiente, os exames podem expressar a resultante da compensação do distúrbio. Esses distúrbios são chamados compensados ou parcialmente compensados. Nas fases agudas, mais comum nas unidades de terapia intensiva, a compensação raramente ocorre, pelo menos ao ponto de mascarar o resultado dos exames.
ACIDOSE RESPIRATÓRIA
CONCEITOS GERAIS
Os quatro grandes distúrbios do equilíbrio ácido-base são de origem respiratória ou metabólica. Os distúrbios de origem respiratória decorrem de alterações da eliminação do dióxido de carbono (CO2) do sangue, ao nível das membranas alvéolo-capilares. A redução da eliminação do dióxido de carbono nos pulmões, faz elevar o seu nível no sangue; em consequência, eleva-se o nível do ácido carbônico. Há maior quantidade de íons hidrogênio livres no organismo e o pH cai. O distúrbio resultante é a acidose respiratória. A quantidade aumentada de dióxido de carbono no sangue, em consequência da redução da sua eliminação é denominada hipercapnia. A acidose respiratória é, portanto, consequência de alterações da ventilação pulmonar, caracterizadas por hipoventilação pulmonar e insuficiência respiratória. A acidose respiratória pode estar relacionada a alterações de diversas naturezas que comprometem a adequada eliminação do dióxido de carbono produzido pelo organismo. As alterações podem ser do sistema nervoso central, da caixa torácica ou do parênquima pulmonar. As alterações do sistema nervoso que deprimem a função respiratória são relativamente comuns nas unidades de emergência e, em geral, são de fácil identificação.
relativamente eficaz. A retenção crônica de dióxido de carbono, aumenta o teor de ácido carbônico do organismo. Os rins eliminam íons hidrogênio e retém os íons bicarbonato, o que aumenta a reserva de bases e mantém o pH nos limites normais ou muito próximo deles. Infecções respiratórias podem descompensar estes pacientes levando-os a grandes aumentos da PCO2 e grandes quedas do pH resultando em acidose respiratória crônica agudizada. TRATAMENTO DA ACIDOSE RESPIRATÓRIA O tratamento da acidose respiratória depende da causa e da severidade do distúrbio. Em linhas gerais, contudo, o tratamento consiste de medidas para estimular a ventilação pulmonar que vão desde o incentivo à tosse e eliminação de secreções bronco-pulmonares até a entubação traqueal e ventilação mecânica. Um plano adequado de toilete bronco-pulmonar e fisioterapia respiratória são importantes medidas auxiliares que, em certas circunstâncias podem contribuir para reduzir a necessidade de ventilação mecânica. A ventilação mecânica, quando utilizada, deve ser cuidadosamente conduzida e monitorizada. A ventilação mecânica inadequada também pode ser causa de hipoventilação e retenção de dióxido de carbono, com produção de acidose respiratória.
ALCALOSE RESPIRATÓRIA
CONCEITOS GERAIS
Os quatro grandes distúrbios do equilíbrio ácido-base são de origem respiratória ou metabólica. Os distúrbios de origem respiratória decorrem de alterações da eliminação do dióxido de carbono (CO2) do sangue, ao nível das membranas alvéolo-capilares. A eliminação respiratória regula a quantidade de dióxido de carbono no sangue e, dessa forma, regula o nível de ácido carbônico. Quando a eliminação do dióxido de carbono nos pulmões é elevada, o nível sanguíneo de ácido carbônico se reduz; há menor quantidade de íons hidrogênio livres. A quantidade reduzida de dióxido de carbono no sangue, em consequência da hiperventilação é denominada hipocapnia. O distúrbio resultante é a alcalose respiratória. A alcalose respiratória é, portanto, consequência da hiperventilação pulmonar. CAUSAS DE ALCALOSE RESPIRATÓRIA A alcalose respiratória é sempre consequência da hiperventilação pulmonar, tanto na sua forma aguda como na crônica. A hiperventilação pulmonar pode ser secundária a doença pulmonar ou não. A hiperventilação pode também ser devida à resposta quimioceptora do organismo em consequência de hipoxemia, disfunção do sistema nervoso central ou mecanismo de compensação ventilatória, na presença de acidose metabólica. A hiperventilação que acompanha certos quadros de agitação psico-motora pode produzir alcalose respiratória aguda que leva a tonteiras ou desmaios. Na terapia intensiva a alcalose respiratória é frequentemente produzida pelo uso da ventilação artificial com respiradores mecânicos. Nessas circunstâncias um leve grau de alcalose, com PCO2 entre 30 e 34mmHg contribui para reduzir o estímulo respiratório e manter o paciente ligeiramente sedado com menores doses de tranquilizantes. Outras causas de alcalose respiratória como subproduto da hiperventilação podem ser enumeradas como: angústia, dor, febre elevada com calafrios, insuficiência hepática, meningoencefalites, sepsis e hipertireoidismo. Hiperventilação intencional, com níveis de PaCO2 entre 28 e 30 mmHg são utilizados clinicamente objetivando reduzir a pressão intracraniana.
ALTERAÇÕES DA FISIOLOGIA
O distúrbio primário da alcalose respiratória é a eliminação excessiva de dióxido de carbono ao nível das membranas alvéolo-capilares dos pulmões. A tensão parcial do CO2 no sangue se reduz, bem como reduz-se a quantidade de ácido carbônico e a quantidade de íons hidrogênio livres. Há o deslocamento de íons hidrogênio do interior das células para o interstício, em troca pelo potássio, cujo teor no sangue se reduz. QUADRO LABORATORIAL Os resultados da gasometria arterial mostram os principais achados que permitem o diagnóstico da acidose respiratória:
- O pH está elevado (acima de 7,45);
- A PCO2 está baixa (abaixo de 35mmHg). A existência dessas duas alterações permitem firmar o diagnóstico da alcalose respiratória. COMPENSAÇÃO DA ALCALOSE RESPIRATÓRIA A alcalose respiratória é um distúrbio menos severo que a acidose respiratória. Frequentemente é induzida por terapia respiratória que inclui ventilação mecânica. Quando o distúrbio se prolonga, os rins diminuem a absorção de íon bicarbonato do filtrado glomerular, promovendo maior eliminação pela urina, que se torna excessivamente alcalina. TRATAMENTO DA ALCALOSE RESPIRATÓRIA Em geral os quadros de alcalose respiratória são leves e de baixa gravidade. O tratamento em todos os casos consiste em remover a causa da hiperventilação. Nos casos mais severos pode ocorrer hipopotassemia, capaz de gerar arritmias cardíacas, pela entrada rápida de potássio nas células em troca pelos íons hidrogênio. Os casos mais frequentes de alcalose respiratória severa são secundários à ventilação mecânica prolongada; o tratamento consiste em ajustar os controles do aparelho adequando a ventilação às necessidades do paciente.
ACIDOSE METABÓLICA
CONCEITOS GERAIS
Os quatro grandes distúrbios do equilíbrio ácido-base são de origem respiratória ou metabólica. Os distúrbios de origem metabólica são produzidos pelo acúmulo de ácidos fixos (acidose metabólica) ou de bases (alcalose metabólica) nos líquidos do organismo. Ocorre acidose metabólica quando há predomínio da quantidade de ácidos fixos em relação às bases disponíveis para a sua neutralização. Estas circunstâncias podem ser consequência do aumento da produção de ácidos, da ingestão de ácidos fixos ou da perda excessiva de bases pelo organismo. CAUSAS DE ACIDOSE METABÓLICA A acidose metabólica é um distúrbio bastante comum nas unidades de emergência, de pós- operatório e de terapia intensiva. É um distúrbio sério, capaz de produzir complicações severas ou mesmo levar à morte. A acidose metabólica, de um modo geral, ocorre em quatro circunstâncias:
- Aumento da produção de ácidos não voláteis, que supera a capacidade de neutralização ou de eliminação do organismo;
- Ingestão de substâncias ácidas;
