Regulação renal do equilíbrio ácido básico

Regulação do pH dos líquidos
corporais
Regulação do pH dos líquidos
corporais
•
•
•
•
pH = - log[H+]
LEC = 7,40 ± 0,02 (0,00004 mM)
pH < 7,38
Acidose
pH > 7,42
Alcalose
Ojetivo: Manutenção do pH sistêmico na faixa
de normalidade.
pH arterial entre 7,35 e 7,45
[H+] ~ 40 nanomoles/L (10-9)
pH = 7.4 → → [H+] = 40 × 10-9 mol/L
-
[HCO3] = 24 × 10-3 mol/L
[Na+] = 140 × 10-3 mol/L
Como a relação entre pH e concentração é logarítmica, pequenas varições
de pH correspondem a variações importantes na concentração de H+
Regulação do pH dos líquidos
corporais
• Produção endógena de H+
– CO2 (Ácido volátil)
• Oxidação de carboidratos, gorduras e aminoácidos
• Reação:
CO2 +H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3-
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:
16.000 a 20.000 mmol de CO2/ dia
O CO2 não se acumula no organismo,
é eliminado pelos pulmões
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3-
1
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
Regulação do pH dos líquidos
corporais
• Produção endógena de H+
– Ácidos Fixos
• Sulfúrico: oxidação dos aminoácidos metionina e cisteína
• Fosfórico: metabolismo de fosfolipídeos, ácidos nucléicos,
fosfoglicerídeos e fosfoproteínas
– Ácidos orgânicos: ácido lático, ácido aceto-acético e
ácido beta-hidroxi-butírico
• Metabolismo de carboidratos e gorduras
Mecanismo de Tamponamento do pH:
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
- Ações compensatórias pulmonares, que determinam a taxa de
excreção de CO2
Funcionam como tampões:
1) ácido fraco neutro e sua base conjugada:
HA
2) base neutra fraca e seu ácido fraco conjugado:
- Ações compensatórias renais, que controlam o conteúdo de
HCO3- no organismo
pH
H+ + A-
BH+
B + H+
pH
14
14
13
13
12
12
11
11
10
10
9
9
8
8
7
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
20
15
10
5
0
Á C ID O A D IC IO N A D O m m o l
20
15
10
5
0
Á C ID O A D IC IO N A D O m m o l
2
pH
pH
14
14
13
13
12
12
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11
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10
9
9
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8
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6
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3
3
2
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0
Á C ID O A D IC IO N A D O m m o l
20
15
10
5
0
Á C ID O A D IC IO N A D O m m o l
pH
pH
14
14
13
13
12
12
11
11
10
10
9
9
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8
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3
3
2
2
1
1
0
0
20
15
10
5
0
Á C ID O A D IC IO N A D O m m o l
20
15
10
5
0
Á C ID O A D IC IO N A D O m m o l
Numa solução com vários tampões, todos os tampões
contribuirão para o tamponamento de uma dada quantidade de
ácidos ou bases adicionados à solução.
Tampões ácido-básicos do
organismo
A contribuição de cada tampão dependerá da sua
concentração e do seu pK em relação ao pH da solução
• Proteínas
– Apresentam grupos ionizáveis:
Princípio iso-hídrico para os tampões
A investigação de apenas um dos muitos tampões do
plasma permite a avaliação da normalidade e do distúrbio
do equilíbrio ácido-base.
•
•
•
•
•
carboxila C-terminal
Ácidos aspártico e
amina N-terminal
glutâmico
carboxila de cadeia lateral
amino de cadeia lateral
→ lisina
imidazol
→ histidina
– pKa ≅ 7,4
– Hemoglobina: proteína do sangue com maior poder
tamponante, principalmente qquando desoxigenada
3
Tampões ácido-básicos do
organismo
Ação tamponante de uma proteína
Titulação com ácido
+H N
3
COO-
+H N
3
+H N
3
COO-
Proteína
+H N
3
+ 4 H+
COO-
+H N
3
+H N
3
COO-
+H N
3
COOH
Proteína
• Fosfato
COOH
COOH
+ 1 H+
+H N
3
– pKa ≅ 6,8
– Importante principalmente no LIC e líquido tubular
renal
Titulação com base
+H N
3
+H N
3
COO-
COO-
+H N
3
+4
H2N
OH-
Proteína
H2N
COO-
+H N
3
COO-
H2N
COO-
Proteína
– Reação:
H2PO4- ⇔ H+ + PO4=
COO-
+H N
3
COOCOO-
+ 1 OH3 H2O
COO-
Tampões ácido-básicos do
organismo
pH = 6,1 + log10 { [HCO3-] / 0,03 . PaCO2 }
a PaCO2 é mantida constante pela ventilação pulmonar
Esse tampão é, portanto, titulado a ácido constante
• Bicarbonato
– Reação:
H2CO3 ⇔ H+ + HCO3-
– Equação de Henderson-Hasselbalch
-]
pH = pKa + log [HCO3 / [H2CO3]
pH = pKa + log [HCO3-] / [CO2]
– pKa ≅ 6,1
Rim
Pulmão
Capacidade
tamponante:
2,6 slykes
Slyke = capacidade
tamponante (β)
= mmol/L/pH
Capacidade
tamponante:
55,3 slykes
β = d(ácido ou base)/
dpH
Regulação pulmonar do equilíbrio ácido-base:
Tanto a frequência ventilatória quanto a profundidade dos
movimentos respiratórios são controlados de modo a manter a
PaCO2 em torno de 40 mmHg.
(PaCO2 é igual à PCO2 do ar alveolar )
• Regulação respiratória
do pH
– PCO2 ∝ 1 / Va
4
Regulação do pH dos líquidos
corporais
pH intraluminal
7
PROXIMAL
• Regulação Renal do pH
6
– Reabsorção do HCO3- filtrado
– Geração de “novo” HCO3– Secreção de HCO3-
DISTAL/COLETOR
5
4
Túbulo Proximal
Luz
tubular
Na+
Espaço
peritubular
Na+
Na+
Estrutura molecular esquemática do trocador Na+-H+.
Sequência de 815 aa, e peso molecular de 90 KDa.
Extracelular
Na+
ATP
H+
K+
H+
Reações
Metabólicas
K+
H2CO3
HCO3-
35
108
149
155
211
295
358
387
430
481
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
16
127
130
174
192
315
339
406
411
CA
CO2
H2O
H2 N
COOH
Intracelular
Néfron Distal
(células intercaladas tipo α)
Luz
tubular
Espaço
peritubular
56
33
70
56
B
Na+
70
56
B
70
A
Na+
500
V1
ATP
H+
K+
H+
Reações
Metabólicas
H2CO3
HCO3-
K+
Citoplasma
CA
CO2
H+-ATPase
H2O
17
C
17
C
V0
Esquema da
estrutura molecular
da H+-ATPase
encontrada no
néfron distal
H+
5
Reabsorção do HCO3- filtrado
Luz
tubular
Na+
Espaço
peritubular
Na+
Na+
A EXCREÇ
EXCREÇÃO DE ÁCIDO
Na+
ATP
HCO3-
H+
K+
H+
Reações
Metabólicas
H2CO3
HCO3
CA
CO2
CA
H2O
H2CO3
-
REQUER A PRESENÇ
PRESENÇA DE
K+
HCO3reabsorvido
TAMPÕES NO FLUIDO
Na+
H2O
CO2
TUBULAR
CO2
ÁCIDO TITULÁ
TITULÁVEL:
POR QUE
“TITULÁVEL”?
ÁCIDO LIGADO A TAMPÕES FIXOS
H+ + HPO4-H+ + URATO
H2PO4-
ÁC. ÚRICO
-
ÁC. CÍTRICO
H+ + CITRATO
H+ + A-
POR QUE
“TITULÁVEL”?
HA
Formação do “novo” HCO3-
Luz
tubular
Espaço
peritubular
ÁCIDO
TITULÁVEL
Na+
Na+
ATP
HPO4=
ÁCIDO TITULÁVEL ≅ 45% DO TOTAL
(~20-45 mmol/dia)
H2PO4(A.T.)
K+
H+
K+
H+
Reações
Metabólicas
H2CO3
CA
CO2
H2O
HCO3-
HCO3“novo”
Cl-
CO2
6
A EXCREÇÃO DE ÁCIDO TITULÁVEL É INSUFICIENTE
PARA ATENDER ÀS NECESSIDADES DIÁRIAS DO
Formação do “novo” HCO3-
Luz
tubular
ORGANISMO. É NECESSÁRIA UMA SEGUNDA FORMA DE
Ácido
glutâmico
A IMPORTÂNCIA DA EXCREÇ
EXCREÇÃO DE AMÔNIO
NH3 +
Glutaminase
NH3
EXCRETAR ÁCIDO
NH4+
H+
H+
NH3
Desidrogenase
glutâmica
H+
Reações
Metabólicas
NH4+
NH3
H2CO3
CA
CO2
Glutamina
Espaço
peritubular
Na+
Na+
ATP
α-KG
K+
HCO3-
K+
HCO3“novo”
Cl-
H2O
CO2
AMÔNIO
AMÔNIA
NH3
+
H+
NH3
+
H+
+
NH4
+
NH4
+
NH4
+
NH4
NH3
+
H+
NH3
+
H+
“Trapping” de amônia em coletor:
quanto mais ácido o pH, maior a captação de NH3 na forma de
NH4+ em coletor
Secreção de HCO3(células intercaladas do tipo β)
Luz
tubular
NH3
+
H+
+
NH4
Espaço
peritubular
Na+
Na+
ATP
K+
HCO3
-
K+
HCO3Cl-
H2CO3
H+
H+
CA
CO2
Reações
Metabólicas
H2O
CO2
7