Fisiologia de ácidos e bases
Fisiologia do Próton
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)
pH = - log10 [H+] (mol/L)
nmol/L
Variação de 10 vezes  mudança de 1 U pH
Variação de 2 vezes  mudança de ~ 0,3 U pH
Há uma grande diferença entre a concentração de H+ e a
concentração dos demais íons dos fluidos corporais
pH = 7.4 
[H+] = 40  10-9 mol/L
[HCO3-] = 24  10-3 mol/L
[Na+] = 140  10-3 mol/L
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:
15.000 a 20.000 mmol de CO2/ dia
O CO2 não se acumula no organismo,
é eliminado pelos pulmões
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.
Alguns ácidos produzidos durante o metabolismo não podem
ser oxidados a CO2:
Ácidos orgânicos:
- ácido úrico
- ácidos glicurônico
- ácido oxálico
Ácidos inorgânicos:
- H2SO4 - H3PO4 - HCl
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 HCO3no organismo
• Tamponamento intra e extracelular:
• amortece as variações no pH
Bronsted:
Ácido é qualquer substância química que pode doar um próton
Base é qualquer substância química que pode receber um H+
TAMPÃO
Ácido fraco
HA
base conjugada
A-
NH4+
NH3 + H+
pK = 9,2
H2C03
HCO3- + H+
pK = 3,6
H2PO4
HPO42- + H+
pK = 6,8
R - NH3+
R – NH2 + 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]
K = [A-] . [H+] / [HA]
pH = - log [H+] e pK = - log K
pH = pK + log ([A-] / [HA])
Equação de Henderson Hasselbalch
pH
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20
18
16
14
12
10
8
6
Ácido adicionado, m m ol
4
2
0
pH
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20
18
16
14
12
10
8
6
Ácido adicionado, m m ol
4
2
0
HCl
H+ + Cl- + A-
HA + Cl-
pH = pK + log
AHA
A- + HA  constante
NaOH
pH = pK + log
Na+ + OH- + HA
A- + H20 + Na+
AHA
A- + HA  constante
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)
12
A
11
B
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20
18
16
14
12
10
8
6
Ácido adicionado, mmol
4
2
0
12
A
11
B
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20
18
16
14
12
10
8
6
Ácido adicionado, mmol
4
2
0
12
A
11
B
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20
18
16
14
12
10
8
6
Ácido adicionado, mmol
4
2
0
12
A
11
B
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
20
18
16
14
12
10
8
6
Ácido adicionado, mmol
4
2
0
Tampões importantes nos fluidos biológicos:
CO2/HCO3Proteínas:
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
H2PO4-
HPO42- + H+
(pK = 6,8)
Mais importante como tampão urinário, contribuindo para a acidez titulável.
Tampões intracelulares: proteínas, CO2/bicarbonato, fosfato inorgânico, e
fosfato orgânico.
TAMPÃO HCO3- / CO2
Equilíbrio químico para o sistema CO2 / HCO3O 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
CO2 dissolvido em água forma ácido carbônico:
[CO2]dis + H2O
a.c.
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)
H2CO3 é um ácido forte (pK = 3,6 a 37oC):
H2CO3
H+ + HCO3-
Podemos combinar as reações:
[CO2]dis + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
[CO2]dis + H2O
H+ + HCO3-
pH = pK + log10 { [HCO3-] / αCO2 . PaCO2}
pH = 6,1 + log10 { [HCO3-] / 0,03 . PaCO2 }
Equação de Henderson Hasselbalch
A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO37.8
pH
Para PCO2 = 40 mmHg
pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2)
pH
HCO3mM
7.6
PCO2 = 40 mmHg
Queda
da pCO2
7.4
7.2
Elevaçã
o da
pCO2
7.0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
7,1
12
7,2
15
7,3
19
7,4
24
7,5
30
7,6
38
7,7
48
7,8
60
HCl
HCO3- + H+ + Cl-
pH = 6,1 + log
H2CO3
Cl- + H2O + CO2
[HCO3-]
0,03 . pCO2
CO2  constante
A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO37.8
pH
pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2)
7.6
Queda
da pCO2
7.4
Aumento de
ácido fixo
7.2
Elevação
da pCO2
7.0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
Sistema fechado
PCO2 = 40 mmHg
Sistema fechado
5 mmol de HCl
PCO2 = 206 mmHg
HCO3- = 24 mM
HCO3- = 19 mM
CO2dis = 1,2 mM
CO2dis = 6,2 mM
H2CO3 = 0,0036 mM
H2CO3 = 0,018 mM
H+ = 40 nM
H+ = 257 nM
pH = 7,4
pH = 6,59
Sistema aberto
Sistema aberto
CO2
CO2
40 mmHg
40 mmHg
PCO2 = 40 mmHg
5 mmol de HCl
PCO2 = 40 mmHg
HCO3- = 24 Mm
HCO3- = 19 Mm
CO2dis = 1,2 mM
CO2dis = 1,2 mM
H2CO3 = 0,0036 mM
H2CO3 = 0,0036 mM
H+ = 40 nM
H+ = 50 nM
pH = 7,4
pH = 7,3
Na+ OH-
Fonte inesgotável de CO2
(pulmões)
CO2 + H2O
H2CO3
pH = 6,1 + log
H+ + HCO3-
[HCO3-]
0,03 . pCO2
CO2  constante
A LINHA DE DISSOCIAÇÃO DO HCO37.8
pH
pH = 6,1 + log (HCO3-/0,03 . PCO2)
7.6
Queda
da pCO2
Aumento de
base fixa
7.4
7.2
Elevação
da pCO2
7.0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
Sistema fechado
PCO2 = 40 mmHg
Sistema fechado
1 mmol de NaOH
PCO2 = 7 mmHg
HCO3- = 24 mM
HCO3- = 25 mmol/L
CO2dis = 1,2 mM
CO2dis = 0,2 mmol/L
H2CO3 = 0,0036 mM
H2CO3 = 0,00006 mM
H+ = 40 nM
H+ = 6,3 nM
pH = 7,4
pH = 8,2
Sistema aberto
Sistema aberto
CO2
CO2
40 mmHg
40 mmHg
1 mmol de NaOH
PCO2 = 40 mmHg
PCO2 = 40 mmHg
HCO3- = 24 mmol/L
HCO3- = 25 mmol/L
H2CO3 = 1,2 mmol/L
H2CO3 = 1,2 mmol/L
H+ = 40 nEq/L
H+ = 38 nEq/L
pH = 7,4
pH = 7,42
No organismo o tampão HCO3-/CO2 está presente concomitantemente
com tampões fixos
TITULAÇÃO DE HCO3- E UM TAMPÃO FIXO
9,0
HCO38,0
Tampão
Fixo
7,0
6,0
5,0
O sistema HCO3-/CO2 é
muito mais eficiente do que
os tampões fixos
4,0
3,0
2,0
1,0
25
20
15
10
5
Ácido adicionado, mmol
0
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
H+ Cl-
H+ + HCO3-
CO2 + H2O
H+ + Albumina-
Albumina.H
H+ + Hemoglobina-
Hemoglobina.H
H+ + HPO42-
H2PO4-
H+ + A -
HA
Princípio iso-hídrico
pH = 6,1 + log [HCO3-]
0,03. PCO2
= pKalb + log [Alb-] = pKhem + [Hem-] = 6,8 + log [HPO42-] = pKA + log [A-]
[Alb]
[Hem]
[H2PO4-]
[A]
Tamponamento de CO2
Distúrbios respiratórios
40 mmHg
Normal
1,2 mM
24 mM
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
80 mmHg
CO2 + H2O
2,4 mM
H2CO3
0,000040 mM (pH = 7,4)
24,000040 mM
HCO3- + H+
Equilíbrio
0,000080 mM (pH = 7,1)
Se houver apenas tampão HCO3-, o pH muda muito,
mas a mudança no HCO3- não é significativa
Tamponamento de CO2
Distúrbios respiratórios
40 mmHg
Normal
1,2 mM
24 mM
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
20 mmHg
CO2 + H2O
0,6 mM
H2CO3
0,000040 mM (pH = 7,4)
23,999980 mM
HCO3- + H+
Equilíbrio
0,000020 mM (pH = 7,7)
O pH varia significativamente, mas a variação na concentração de HCO3- é imperceptível
Tamponamento de CO2 em presença de
bicarbonato e outros tampões
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
H+ vai se ligando a outros tampões
não-bicarbonato, que estão em
concentração na ordem de mM
80 mmHg
CO2 + H2O
H2CO3
Equilíbrio
HCO3- + H+
A-
HA
Outros tampões (fixos)
Neste caso, a concentração de HCO3- se eleva significativamente
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
H+ vai sendo fornecido de outros
tampões não-bicarbonato, que estão
em concentração na ordem de mM
20 mmHg
CO2 + H2O
H2CO3
Equilíbrio
HCO3- + H+
A-
HA
Outros tampões (fixos)
Neste caso, a concentração de HCO3- se reduz significativamente
A inclinação dessa reta depende dos tampões nãobicarbonato presentes no meio
ELEVANDO A PCO2
7,8
pH
Isóbara de 40 mmHg
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
ELEVANDO A PCO2
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
ELEVANDO A PCO2
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
ELEVANDO A PCO2
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
BAIXANDO A PCO2
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
A LINHA DE TAMPONAMENTO DO CO2
7.8
pH
7.6
Queda
da pCO2
7.4
Elevação
da pCO2
7.2
7.0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
ADICIONANDO ÁCIDO FIXO
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
ADICIONANDO BASE FIXA
JUNTANDO TUDO
Nomograma de Davenport
7,8
pH
7,6
7,4
7,2
7,0
0
10
20
30
[HCO3-], mmol/L
40
50
PARECE FAMILIAR...
inverte ....
pH
7.8
pH
7.6
7.4
7.2
7.0
0
10
20
30
-
[HCO3 ], mmol/L
[HCO3-]
40
50
Controlado pelos rins
[HCO3-]
pH = 6,1 x log
0,03 x pCO2
Controlado pelos pulmões
O pH do sangue é determinado pela razão entre [HCO3-] e pCO2