Aula equilíbrio ácido base

1. Equilíbrio ácido base Ana Claudia Souza Rodrigues Uniderp - 2010

2. Para aprender sobre o equilíbrio ácido-base é necessário lembrar alguns conceitos

3. Todos confortavelmente acomodados !?

4. O H + - íon mais importante nos sistemas biológicos [ H + ] – influencia - a velocidade das reações químicas. - a forma e função das enzimas e de proteínas celulares e a integridade das células Íon hidrogênio [H + ] - 0,4 nM (0,4x10 -7 ) 80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia.

5. Ácidos Conceito de Arrhenius: Ácido é toda substância que em solução aquosa libera como cátion o íon hidrogênio (H + ). Ex.: HCl + H 2 O  H 3 O + + Cl - Conceito de Brönsted e Lowry: Ácido é um doador de prótons, um substância que pode transferir um próton para outra.

6. Bases Conceito de Arrhenius: Base é toda substância que em solução aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila (OH - ). Ex.: NaOH + H 2 O  Na + + OH - Conceito de Brönsted e Lowry: Base é um receptor de prótons. Um ácido pode transferir um próton para uma base. Ex.: NH 3 + H 2 O  NH 4 + + OH -

7. Dissociação da água e seus produtos iônicos H 2 O + H 2 O  OH - + H 3 O + A água funciona tanto como ácido quanto como base Lei da ação das massas: K = [ H 3 O + ] [OH - ] = [ H 3 O + ] [OH - ] [H 2 O] [ H 2 O] [H 2 O] 2 = 10 -14 Na água pura a [H + ] é igual a [OH - ] que é igual a 10 -7

8. Potencial hidrogeniônico (pH) A [H + ] de uma solução é quantificada em unidades de pH pH = -log [H + ] A escala de pH varia de 1 até 14.

9. Homeostasia é a constância do meio interno pH x homeostasia  equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre remoção desses íons do organismo.  o organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, conseqüentemente o pH sangüineo , dentro da normalidade, ou seja manter a homeostasia . pH do Sangue Arterial 7,4 7,0 7,8 Faixa de sobrevida Acidose Alcalose pH normal

10. Aumento da [H + ] 7,4 Acidose Alcalose Queda do pH Acúmulo de ácidos Acúmulo de bases Perda de ácidos Perda de bases Diminuição da [H + ] Escala de pH Aumento do pH Alterações no pH

11. Fontes de H + decorrentes dos processos metabólicos Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício , (2000), pg207 Fig11.3 Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose Ácido Carbônico Ácido Lático Ácido Sulfúrico Ácido Fosfórico Corpos Cetônicos Ácidos H + Oxidação de Amino ácidos Sulfurados Oxidação incompleta de ácidos graxos Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas

12. pH dos Líquidos Corporais Concentração de H + em mEq/l pH Líquido Extracelular Sangue arterial 4.0 x 10 -5 7.40 Sangue venoso 4.5 x 10 -5 7.35 Líquido Intersticial 4.5 x 10 -5 7.35 Líquido Intracelular 1 x 10 -3 a 4 x 10 -5 6.0 a 7.4 Urina 3 x 10 -2 a 1 x 10 -5 4.5 a 8.0 HCl gástrico 160 0.80

13. Medidas de pH Eletrométrico Colorimétrico pHmetro Potenciômetro mede [H + ] diferença de potencial elétrico entre duas soluções indicadores Indicador-H H + + Indicador (Cor A) (Cor B)

14. Indicadores de pH Indicadores de pH são substâncias (corantes) utilizadas para determinar o valor do pH Exemplos Metil-violeta pH 0 2 4 6 8 10 12 A Violeta Tornassol Amarelo Azul incolor Vermelho Violeta Fenolftaleína

15. Os Sistemas Tampões Tampão » qualquer substância que pode, reversivelmente, se ligar aos íons hidrogênio. » Soluções formadas por um ácido fraco e sua base conjugada ou por um hidróxido fraco e seu ácido conjugado Tampão + H + H + Tampão TampãoH + + OH - H 2 O + Tampão

16. Sistema Tampão Um tampão é uma mistura de um ácido fraco e do seu sal , capaz de captar e libertar H + . Evita alterações na concentração de H + e consequentemente alterações de pH, quando adicionadas pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes.

17. Poder Tamponante pH do tampão Concentrações do sal e do ácido Relação Sal/Ácido = 0,1 pH = pKa + log 0,1 pH = pKa -1 Relação Sal/Ácido = 10/1 pH = pKa + log 10 pH = pKa +1 Poder tamponante de um sistema tampão pode ser definido pela quantidade de ácido forte que é necessário adicionar para fazer variar o pH de uma unidade

18. Sistemas Primários Reguladores do pH

19. Exemplos de Tampões CH 3 -COOH + CH 3 -COONa Acetato Bicarbonato H 2 CO 3 + NaHCO 3 Fosfato H 2 PO - 4 + NaHPO 4 Amônia NH 4 OH + NH 4 Cl

20. Ácido – substância que liberta H + . HA H + + A - Base – substância que capta H + . BOH B + + OH - Para se tamponizar uma solução recorre-se a ácidos ou bases fracos. Dissociação parcial - Ao ser atingido o equilíbrio químico ácido-base, qualquer alteração no sistema é contrariada até ser atingido novo estado de equilíbrio – Principio de Le Chatelier. Porquê?

21. Eficiência de um tampão Pela equação de Handerson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([A - ]/[HA]) Quanto maior o número de moles que é necessário adicionar a um meio contendo um sistema tampão, de modo a alterar significativamente a concentração de H+, mais eficiente é o tampão. O pH depende das concentrações do ácido (HA) e da base (A-). O sistema tampão será mais eficiente quando [A-]=[HA], ou seja, quando o pH = pKa. O tampão se liga aos íons H+ e estabiliza o pH.

22. Sistema Tampão das Proteínas (3/4 da capacidade tampão) As proteínas intracelulares e plasmáticas podem funcionar como moléculas -tampões; A existência de grupos funcionais, como os grupos carboxílicos e amínicos, nos aminoácidos que constituem as proteínas são responsáveis pela sua capacidade-tampão; Os grupos funcionais podem funcionar como ácidos ou bases fracas, o que permite o controlo da concentração de H+ ; A hemoglobina e as histonas associadas a ácidos nucleícos são moléculas intracelulares que podem funcionar como tampões .

23. Porquê ?? Cada célula é banhada por um meio para o seu funcionamento de tal modo que é necessário um controle da circulação e da composição dos fluídos do organismo. Só uma variação muito limitada da concentração de ácidos ou de bases circulantes é compatível com a vida. pH do sangue arterial normal é igual a 7,40 ± 0,05 Valores compatíveis com a vida - pH entre 7,8 e 6,8 A manutenção do pH é vital para as células

24. Principais Sistemas Tampão O pH extracelular: Ácido carbónico/ bicarbonato O pH intracelular: Proteínas Ácidos resultantes do metabolismo fosfato

25. Sistema Hemoglobina Realiza o transporte de gases respiratórios e efeito tampão; O pH do sangue venoso é ligeiramente mais baixo do que o do sangue arterial; O efeito tampão evita que a concentração de H + varie de forma brusca, provocando variações de acidez . Sangue arterial: 7,36 a 7,44 Sangue venoso: 7,44 a 7,46 HbH H + + Hb - O CO2 (tec.)  H2CO3  H+ e HCO3-. O bicarbonato é transportado aos pulmões e o H+ se liga a Hb . 

26. Tampão-Fosfato As moléculas que contém fosfatos na sua estrutura, tal como o ADN, o ARN e o ATP, bem como os fosfatos podem funcionar como tampões; O par HPO 4 2- / H 2 PO 4 - é o principal tampão das células, onde se pretende que o pH seja aproximadamente 7; Assume também grande importância a nível do sistema renal.

27. Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue. SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO H 2 CO 3 / HCO 3 - : são um par ácido base conjugados.

28. Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato : CO 2 : um gás que fornece um mecanismo para o corpo se ajustar aos equilíbrios. A remoção de CO 2 por exalação desloca o equilíbrio para a direita, consumindo íons H + .

29. Quatro Alterações Principais do Equilíbrio Ácido-Base Tipo Alteração primária Resposta secundária Mecanismo de resposta secundária ACIDOSE METABÓLICA  [HCO 3 - ]  pCO 2 Hiperventilação ALCALOSE METABÓLICA  [HCO 3 - ]  pCO 2 Hipoventilação ACIDOSE RESPIRATÓRIA  pCO 2  [HCO 3 - ]  transitório da excreção de ácido e  da reabsorção de HCO 3 - pelo rim ALCALOSE RESPIRATÓRIA  pCO 2  [HCO 3 - ]  transitória da excreção de ácido e  reabsorção de HCO 3 - pelo rim

30. Sistema tampão ácido carbónico/bicarbonato Quando no organismo aumenta, por exemplo: PCO 2 Ácido láctico Ácidos gordos Organismos cetónicos O H+ liga-se ao HCO 3 - e forma H 2 CO 3 e somente uma pequena porção permanece sob a forma de H + livre. Aumenta o pH Ácido fraco, que estabelece o seguinte equilíbrio: Se, no organismo, for removida uma grande quantidade de H + , através da adição de uma base forte: As moléculas de H 2 CO 3 irão formar HCO 3 - e H + Diminui o pH Ácido fraco, que estabelece o seguinte equilíbrio:

31. SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Os principais órgãos que regulam o pH do sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato são pulmões e rins. Receptores no cérebro - sensíveis às concentrações de H + e CO 2 nos fluídos corpóreos. Quando a concentração de CO 2 aumenta, os equilíbrios deslocam-se para a esquerda, o que leva à formação de mais H + . Os receptores disparam um reflexo para respirar mais rápido e mais profundamente, aumentando a velocidade de eliminação de CO 2 dos pulmões e deslocando o equilíbrio de volta para a direita. Os rins absorvem ou liberam H + e HCO 3 - ; muito do excesso de ácido deixa o corpo na urina, que normalmente tem pH de 5,0 a 7,0.

32. Regulação respiratória do equilíbrio ácido-base 1. O CO 2 reage com H 2 O para formar H 2 CO 3 . Este dissocia-se para formar H + e HCO 3 - . 2. A diminuição do pH do líquido extracelular estimula o centro respiratório e provoca o aumento da frequência respiratória. 3. O aumento da frequência e profundidade respiratória faz com que o CO 2 seja expelido dos pulmões, reduzindo assim os seus níveis extracelulares. À medida que estes decrescem, a [H + ] extracelular diminui e o pH aumenta.

33. Asfixia  Acidose Hiperventilação  Alcalose (pH 7,4 – 7,7) Equilíbrio Ácido-Base e Respiração Normal Normal Acidose Alcalose

34. Regulação renal do equilíbrio ácido-base 1. Quando o pH , o H + combina-se com o HCO 3 - , para formar ácido carbónico que se converte em CO 2 e H 2 O. O CO 2 difunde-se para as células tubulares. 2. Nas células tubulares o CO 2 combina-se com a H 2 O e forma H 2 CO 3 que se dissocia em H + e HCO 3 - . 3. Um mecanismo de contra-trasporte secreta H + para o filtrado por troca com Na + . Em resultado o pH do filtrado diminui. 4. Através do co-trasporte, o HCO3- e o Na+ entram no líquido intersticial, de onde se difundem para os capilares. 5. Nos capilares o HCO3- combina-se com o H+ o que aumenta o pH sanguíneo.

35. Regulação renal do equilíbrio ácido-base As células dos túbulos renais regulam diretamente o equilíbrio ácido-base, aumentando ou diminuindo a secreção de H + e a reabsorção de HCO 3 - .

36. Regulação da concentração de H + nos sistemas biológicos Tipo de regulação Função Tempo 1. Tampões químicos (Proteínas, HCO 3 - , HPO 4 2- ) Combinam-se com o H + (Pr (proteína) + H +  PrH) milisegundos 2. Respiração Eliminação de CO 2 nos pulmões (H + + HCO 3 -  H 2 CO 3  CO 2 + H 2 O) minutos 3. Regulação renal Secreção de H + Reabsorção de HCO 3 - e HPO 4 2- horas

37. FMUC 2007/2008 Bioquímica I Equilíbrio Ácido - Base EVITAM SISTEMAS TAMPÕES DISTÚRBIOS DO EQUILÍBRIO ÁCIDO - BASE Acidose Respiratória Acidose Metabólica Alcalose Respiratória Alcalose Metabólica

38. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Interpretação da Gasometria - Transporte de CO2 : - 5% - Plasma - 20% - Hemácias - 75% - Bicarbonato Sistemas de Tampões: 4 principais - Sistema – tampão ácido carbônico – bicarbonato ( 45% da capacidade tampão total ) - Sistema – tampão de fosfato ( glóbulos vermelhos, células tubulares renais ) - Sistema – tampão de proteínas ( células dos tecidos ) - Sistema tampão de hemoglobina dos glob .vermelhos

39. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Margotto , PR ESCS/ SES/DF ASSELBALCH a nossa linha básica de raciocínio –diagnóstico pH = 6,1 RIM responsável pela concentração do HCO 3 – PULMÃO responsável pela concentração do CO 2 ENQUANTO O pulmão manter O RIM manter a concentração do CO 2 a concentração do HCO 3 - O pH SERÁ MANTIDO

40. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Regulação Respiratória: paCO 2 : espelha os acontecimento em nível alveolar (reflexo da função respiratória) Como as alterações primárias na [ HCO 3 – ] podem ser regulados pelos mecanismos respiratórios

41. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Regulação Renal do pH Reabsorção do bicarbonato INTERSTÍCIO CÉLULA TUBULAR LUZ TUBULAR CO 2 A – C + H 2 O H + H 2 CO 3 HCO 3 - NaHCO 3 Na HCO 3 - Na + HCO 3 H 2 CO 3 H 2 O CO 2

42. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Interpretação da Gasometria Mede a fração dissolvida não combinada de CO 2 Depende basicamente da ventilação pulmonar Normal : paCO 2 : 35 – 45 mmHg ( média: 40 mmHg ) RN < 1500 g : paCO2 até 55 – pH > 7,20 paCO 2

43. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico ACIDOSE : [ H + ] no sangue Excesso de CO 2 de bases / excesso de ácidos orgânicos ( acidose respiratória) ( acidose metabólica ) ALCALOSE: [ H + ] no sangue CO 2 bases / perdas de ácidos ( alcalose metabólica )

44. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Interpretação da Gasometria Margotto , PR ESCS/ SES/DF Distúrbios Metabólicos: Ganho ou perda de ácidos ou bases Distúrbios Respiratórios: Diminuição ou aumento da ventilação pulmonar

45. Variáveis Normal Acid Vent Acid Met Alcal Vent Alcal Met pH 7,4     PCO2 40  40  40 EB - + pH < 7,4 PCO 2 = 40 mmHg BE < 0 Acidose M pH < 7,4 PCO 2 > 40 mmHg BE = 0 Acidose V pH > 7,4 PCO 2 = 40 mmHg BE > 0 Alcalose M pH > 7,4 PCO 2 < 40 mmHg BE = 0 Alcalose V

46. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Alcalose Metabólica Estenose hipertrofica do piloro ( perda de líquido gástrico ) Excesso de NaHO 3 Condições que expoliem K + ( furosemide ) Correção Tratar a causa básica Condições renais p/excretar excesso de NaHCO 3 ( aporte adequado de cloreto, Na + , K + )

47. Distúrbios do Equilíbrio Ácido / Básico Alcalose Respiratória Encefalite, meningite, ventilação mecânica, Alterações do SNC ( hiperventilação cerebral ) Correção Se pH > 7,60 : VM para espaço morto e reter CO 2 Tratar a causa básica

48. FIM