O documento discute os conceitos fundamentais de equilíbrio ácido-base, incluindo: 1) A importância do íon hidrogênio e do pH no corpo; 2) A definição de ácidos e bases segundo as teorias de Arrhenius e Brönsted-Lowry; 3) Os sistemas tampão mais importantes no corpo, especialmente o sistema ácido carbônico-bicarbonato.

1. Equilíbrio ácido baseAna Claudia Souza RodriguesUniderp - 2010

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

3. Todos confortavelmente acomodados !?

4. Íon hidrogênioO 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[H+] - 0,4nM(0,4x10-7)

5. 80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia.ÁcidosConceito de Arrhenius: Ácido é toda substância que em solução aquosa libera como cátion o íon hidrogênio (H+). Ex.: HCl + H2O  H3O+ + Cl-Conceito de Brönsted e Lowry: Ácido é um doador de prótons, um substância que pode transferir um próton para outra.

6. BasesConceito de Arrhenius: Base é toda substância que em solução aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila (OH-). Ex.: NaOH + H2O  Na+ + OH-Conceito de Brönsted e Lowry: Base é um receptor de prótons. Um ácido pode transferir um próton para uma base. Ex.: NH3 + H2O  NH4+ + OH-

7. Dissociação da água e seus produtos iônicosH2O + H2O OH -+H3O+A água funciona tanto como ácido quanto como base[H3O+] [OH -][H3O+] [OH -] Lei da ação das massas:K ==[H2O] [H2O][H2O]2= 10-14Na 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

9. pH = -log [H+]

10. A escala de pH varia de 1 até 14.pH x homeostasia Homeostasia é a constância do meio interno  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 ArterialpH normalAcidoseAlcalose7,87,47,0Faixa de sobrevida

11. Alterações no pHAcúmulo de ácidosPerda de basesAumento da [H+]AcidoseQueda do pH7,4Escala de pHAlcaloseAumento do pHDiminuição da [H+]Perda de ácidosAcúmulo de bases

12. Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicosMetabolismoaeróbico da glicoseMetabolismoanaeróbico da glicoseÁcido CarbônicoÁcido LáticoH+Corpos Cetônicos ÁcidosÁcido SulfúricoÁcido FosfóricoOxidação incompleta de ácidos graxosOxidação de Amino ácidosSulfuradosHidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínasPowers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3

13. pH dos Líquidos CorporaisConcentração 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

14. Medidas de pHpHmetroEletrométricoPotenciômetro mede [H+]diferença de potencial elétricoentre duas soluçõesindicadoresColorimétricoIndicadorIndicador-H H++(Cor A)(Cor B)

15. Indicadores de pHIndicadores de pH são substâncias (corantes) utilizadas para determinar o valor do pH pH0 2 4 6 8 10 12ExemplosMetil-violetaAVioletaAmareloTornassolAzulVermelho VioletaincolorFenolftaleína

16. 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 conjugadoTampão + H+ H+TampãoTampãoH+ + OH- H2O+ Tampão

17. Sistema TampãoUm tampão é uma mistura de um ácido fraco e do seu sal, capaz de captar e libertar H+.

18. Evita alterações na concentração de H+ e consequentemente alterações de pH, quando adicionadas pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes.Poder TamponantepH do tampão Concentrações do sal e do ácidopH = pKa + log 0,1Relação Sal/Ácido = 0,1pH = pKa -1pH = pKa + log 10Relação Sal/Ácido = 10/1pH = pKa +1Poder 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

19. Sistemas Primários Reguladores do pH

20. Exemplos de TampõesAcetatoCH3-COOH + CH3-COONaBicarbonatoH2CO3 + NaHCO3FosfatoH2PO-4 + NaHPO4NH4OH + NH4ClAmônia

21. Para se tamponizar uma solução recorre-se a ácidos ou bases fracos.Porquê?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.Ácido – substância que liberta H+. HA H+ + A-Base – substância que capta H+. BOH B+ + OH-

22. Eficiência de um tampãoQuanto 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.Pela equação de Handerson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([A-]/[HA]) O pH depende das concentrações do ácido (HA) e da base (A-).

23. O sistema tampão será mais eficiente quando [A-]=[HA], ou seja, quando o pH = pKa.

24. O tampão se liga aos íons H+ e estabiliza o pH.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.

25. A manutenção do pH é vital para as célulasPorquê??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.

26. 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 ± 0,05Valores compatíveis com a vida - pH entre 7,8 e 6,8

27. Principais Sistemas TampãoO pH extracelular: Ácido carbónico/ bicarbonatoO pH intracelular:Proteínas

28. Ácidos resultantes do metabolismo

29. fosfatoSistema HemoglobinaRealiza o transporte de gases respiratórios e efeito tampão;

30. O pH do sangue venoso é ligeiramente mais baixo do que o do sangue arterial;

31. O efeito tampão evita que a concentração de H+varie de forma brusca, provocando variações de acidez .Sangue arterial: 7,36 a 7,44Sangue venoso: 7,44 a 7,46 HbH H+ + Hb-O CO2 (tec.)  H2CO3  H+ e HCO3-.

32. O bicarbonato é transportado aos pulmões e o H+ se liga a Hb. Tampão-FosfatoAs moléculas que contém fosfatos na sua estrutura, tal como o ADN, o ARN e o ATP, bem como os fosfatos podem funcionar como tampões;

33. O par HPO4 2- / H2PO4- é o principal tampão das células, onde se pretende que o pH seja aproximadamente 7;

34. Assume também grande importância a nível do sistema renal. Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue.SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATOH2CO3 / HCO3- : são um par ácido base conjugados.Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato:CO2: um gás que fornece um mecanismo para o corpo se ajustar aos equilíbrios.A remoção de CO2 por exalação desloca o equilíbrio para a direita, consumindo íons H+.Quatro Alterações Principais do Equilíbrio Ácido-Base

35. Sistema tampão ácido carbónico/bicarbonatoSe, no organismo, for removida uma grande quantidade de H+, através da adição de uma base forte:As moléculas de H2CO3 irão formar HCO3- e H+Diminui o pHÁcido fraco, que estabelece o seguinte equilíbrio:

36. Ácido fraco, que estabelece o seguinte equilíbrio:

37. Quando no organismo aumenta, por exemplo:

38. PCO2

39. Ácido láctico

40. Ácidos gordos

41. Organismos cetónicosO H+ liga-se ao HCO3- e forma H2CO3 e somente uma pequena porção permanece sob a forma de H+ livre.Aumenta o pH

42. 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 CO2 nos fluídos corpóreos. Quando a concentração de CO2 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 CO2 dos pulmões e deslocando o equilíbrio de volta para a direita. Os rins absorvem ou liberam H+ e HCO3-; muito do excesso de ácido deixa o corpo na urina, que normalmente tem pH de 5,0 a 7,0.Regulação respiratória do equilíbrio ácido-base1. O CO2 reage com H2O para formar H2CO3. Este dissocia-se para formar H+ e HCO3-. 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 CO2 seja expelido dos pulmões, reduzindo assim os seus níveis extracelulares. À medida que estes decrescem, a [H+] extracelular diminui e o pH aumenta.

43. AcidoseAlcaloseNormalNormalEquilíbrio Ácido-Base e RespiraçãoAsfixia  AcidoseHiperventilação  Alcalose (pH 7,4 – 7,7)

44. Regulação renal do equilíbrio ácido-base1. Quando o pH , o H+ combina-se com o HCO3-, para formar ácido carbónico que se converte em CO2 e H2O. O CO2 difunde-se para as células tubulares.2. Nas células tubulares o CO2 combina-se com a H2O e forma H2CO3 que se dissocia em H+ e HCO3-.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.

45. Regulação renal do equilíbrio ácido-baseAs células dos túbulos renais regulam diretamente o equilíbrio ácido-base, aumentando ou diminuindo a secreção de H+ e a reabsorção de HCO3-.Regulação da concentração de H+ nos sistemas biológicos

46. FMUC 2007/2008 Bioquímica ISISTEMAS TAMPÕESEVITAMAcidose MetabólicaAlcalose RespiratóriaDISTÚRBIOS DO EQUILÍBRIO ÁCIDO - BASEAcidose RespiratóriaAlcalose MetabólicaEquilíbrio Ácido - Base

47. Distúrbios do EquilíbrioÁcido / BásicoInterpretaçãodaGasometriaSistemas 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 - Transporte de CO2 : - 5% - Plasma - 20% - Hemácias- 75% - Bicarbonato

48. Distúrbios do EquilíbrioÁcido / BásicoASSELBALCH a nossa linha básica de raciocínio –diagnóstico pH = 6,1 RIM responsável pela concentração do HCO 3– PULMÃO responsável pela concentração do CO2 ENQUANTOO pulmão manter O RIM mantera concentração do CO2 a concentração do HCO3-O pH SERÁ MANTIDOMargotto, PR ESCS/ SES/DF