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Os processos metabólicos produzem continuamente ácidos e, em menor grau, bases. O íon hidrogênio (H⁺) é especialmente reativo; pode se ligar a proteínas com cargas negativas e, em altas concentrações, alterar sua carga total, configuração e função. Para manter a função celular, o corpo possui mecanismos elaborados que mantêm a concentração sanguínea de H⁺ dentro de limites estreitos tipicamente, 37 a 43 nEq/L (37 a 43 nmol/L) com pH de 7,43 a 7,37, em que pH = [−log (H⁺)]. Idealmente, os níveis de H⁺são de 40 nEq/L (40 nmol/L) e o pH = 7,40. Distúrbios desses mecanismos podem ter consequências graves.

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Concentração de H+ é precisamente regulada

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Concentração de H+ é precisamente regulada

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A regulação precisa do H+ é essencial, pois as atividades de quase todos os sistemas de enzimas no corpo são influenciadas pela concentração de H+. Portanto, variações da concentração de H+ alteram, praticamente, todas as funções celulares e corporais.
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Um ácido forte é o que se dissocia rapidamente e libera grandes quantidades de H+ na solução. Ex: HCL. Ácido fraco tem menos tendência a dissociar seus íons e portanto, liberam H+ com menos vigor. Ex: H2CO3. Base forte é a que reage rapidamente com H+ e portanto, remove-o prontamente de uma solução. Ex: OH-.

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O equilíbrio ácido-base é mantido por:

Tamponamento químico

Atividade pulmonar

Atividade renal

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Os tampões químicos são soluções que resistem a alterações de pH. Tampões intra e extracelulares fornecem uma resposta imediata a distúrbios ácido-base. Os ossos também desempenham um papel importante, especialmente nas cargas ácidas.
Um tampão é feito de um ácido fraco e sua base conjugada. A base conjugada pode aceitar H⁺ e o ácido fraco pode ceder o íon, minimizando assim as alterações das concentrações de H⁺ livres. Um sistema tampão funciona melhor para minimizar alterações no pH perto de sua constante de equilíbrio (pKa); assim, embora haja potencialmente muitos pares tampão no organismo, somente alguns são fisiologicamente relevantes.

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Os rins controlam o pH ajustando a quantidade de HCO₃− que é excretada ou reabsorvida. A reabsorção de HCO₃− é equivalente a excretar H⁺ livre. As alterações na manipulação ácido-base renal ocorrem horas a dias após as alterações do estado ácido-base.

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As concentrações de CO₂ são finamente reguladas por alterações do volume corrente e da frequência respiratória (ventilação minuto). A diminuição do pH é detectada por quimiorreceptores arteriais e causa aumento do volume corrente ou da frequência respiratória; CO₂ é exalado e o pH do sangue se eleva. Em contraste com o tamponamento químico, que é imediato, a regulação pulmonar ocorre em minutos a horas. Tem eficiência de cerca de 50 a 75% e não normaliza completamente o pH.

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A função normal das células do organismo depende de uma série de processos enzimáticos e metabólicos. Sendo assim, diversos fatores devem ser mantidos dentro de estreitos limites para preservar a função celular tais como temperatura, osmolaridade, os eletrólitos, as quantidades de nutrientes, de oxigênio, de dióxido de carbono e de íon hidrogênio, o qual é expresso sob forma do pH.

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O pH dos fluidos biológicos é mantido sempre constante e dentro de uma faixa estreita por algumas razões fundamentais

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O pH dos fluidos biológicos é mantido sempre constante e dentro de uma faixa estreita por algumas razões fundamentais

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- Alterações na concentração de prótons, íons H+ (que é expressa por alterações no pH) podem causar modificações na estrutura das proteínas e assim impedir, temporariamente ou definitivamente, o funcionamento normal das atividades celulares, como por exemplo a inativação de diversas enzimas atuantes na geração de energia para célula.
-Muitos processos de absorção e excreção são dependentes de grau de ionização de certos compostos, o qual por sua vez é dependente do pH do meio, de forma que as mudanças de pH podem bloquear processos absortivos.
-Alterações no pH podem induzir a degradação de vários componentes celulares, como por exemplo, no ácido ribonucléico (RNA),que degrada em pH acima de 8,0.

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A manutenção da concentração de íons H+ livres nos fluidos corporais é mantida dentro da estreita faixa fisiológica de 35 a 45 nanomolar. Portanto, se existe uma alta produção fisiológica de ácidos e bases e ao mesmo tempo há a necessidade de manter o pH constante, a existência de sistemas-tampões nos fluidos biológicos é vital. Além disso, nosso organismo está exposto a diversas variações de pH, seja na dieta ou no ambiente. Embora, o metabolismo produza continuamente ácidos, o pH do fluido extracelular é normalmente mantido dentro de limites estreitos, entre 7,35 e 7,45 (Normal = 7,40). Os ácidos produzidos pelo organismo são imediatamente tamponados por tampões intra- e extracelulares. Pulmões e rins intervém em seguida (sendo assim denominados órgãos enunctórios de mamíferos). Os rins excretam os ácidos fixos na urina enquanto os pulmões excretam o ácido volátil.

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Três sistemas são importantes para regulação do pH do fluido extracelular: os tampões biológicos e os órgãos enunctórios: pulmões (que atuam na excreção ou captação de dióxido de carbono – ácido volátil) e rins (que agem na excreção de prótons de ácidos fixos e na regulação da espécies alcalina íon bicarbonato).

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O tampão fosfato possui uma característica distintas em relação aos tampões vistos até aqui, pois ele possui mais de um próton na sua constituição. As substâncias que podem perder mais de um próton, ou passar por mais de uma ionização, como H3PO4 ou como o H2CO3, são conhecidas como ácidos polipróticos.  O tampão fosfato é mais importante no compartimento intracelular do que extracelular, pois sua concentração é bem mais alta dentro da célula do que no exterior, tendo fora da célula uma participação muito pouco significativa.

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As proteínas são cadeias polipeptídicas formadas por aminoácidos, os quais contém um grupamento amino e um grupamento carboxila. Apesar dos aminoácidos e proteínas participarem do tamponamento no interior da célula, o principal tampão intracelular é o tampão fosfato, que existe em grande concentração dentro da célula e seu pK é muito próximo ao pH do citosol, estando na sua eficiência máxima. No meio extracelula possui uma participação muito pouco significativa já que sua concentração é muito baixa.

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A regulação do equilíbrio ácido-base no organismo, depende da atuação dos sistemas tampão existentes no sangue (líquido intravascular), nos tecidos (líquido intersticial) e no interior das células (líquido intracelular). Para impedir o desenvolvimento de acidose ou de alcalose, o organismo dispõe de diversos sistemas especiais de controle, como sistemas tampões ácido-básicos que imediatamente se combinam com qualquer ácido ou base, impedindo assim a ocorrência. No meio extracelular o tampão bicarbonato é o principal sistema e mais abundante do organismo.

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O tampão bicarbonato é o principal sistema tampão do fluido extracelular (plasma, linfa e interstício) e baseia-se no equilíbrio entre a quantidade de dióxido de carbono dissolvido no plasma e o íon bicarbonato proveniente da dissociação do ácido carbônico. O gás carbônico dissolvido reage com a água formando o ácido carbônico em uma reação catalisada pela enzima anidrase carbônica (AC),existente em baixas concentrações nos líquidos extracelulares, mas em concentrações significativas nos eritrócitos, células renais e células parietais do estômago. Este ácido carbônico é instável e pode dissociar-se instantaneamente em íon bicarbonato é próton.

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Expiração Pulmonar na CO2 contrabalança a formação de metabólica de CO2

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Expiração Pulmonar na CO2 contrabalança a formação de metabólica de CO2

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O CO2é formado continuamente no corpo pelos processos metabólicos intracelulares. Depois de formado, se difunde das células para os líquidos intersticiais e para o sangue, e então o fluxo sanguíneo o transporta para os pulmões =, onde se difunde nos alvéolos, sendo transferido para a atmosfera pela ventilação pulmonar. Se a formação metabólica de CO2 aumenta, a Pco2 do liquido extracelular também aumenta.

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Aumento da ventilação alveolar diminui a concentração de H+ do líquido extracelular e aumenta o pH

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Aumento da ventilação alveolar diminui a concentração de H+ do líquido extracelular e aumenta o pH

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Se a formação metabólica de CoO2 permanece constante, o único fator que afeta a Pco2 no líquido extracelular é a ventilação alveolar. Quanto maior a ventilação alveolar, menor a Pco2, em contrapartida, quanto menor a ventilação alveolar, maior a Pco2. Como discutido, quando a concentração de H+ também aumentam, diminuindo assim a pH do líquido extra celular.

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Qual a função dos rins na manutenção do pH dos líquidos biológicos?

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Qual a função dos rins na manutenção do pH dos líquidos biológicos?

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O néfron é a unidade morfofuncional do rim. O sangue chega ao rim por uma arteríola que se ramifica em um tufo de capilares, a região do glomérulo, os quais estão dentro da porção dilatada do néfron, a cápsula de Bowmam. Nesse ponto, as células e as proteínas do plasma ficam retidas e somente a fração líquida do sangue tem acesso aos túbulos renais. A partir de agora, essa fração líquida é chamada de filtrado glomerular. Nas diversas regiões do tubo renal: tubo convolto proximal, ramo descendente da alça de Henle, ramo ascendente da alça de henle e tubo convolto distal, uma série de substâncias serão reabsorvidas do filtrado glomerular e devolvidas ao sangue. Algumas substâncias permanecerão no filtrado glomerular, que ao final do processo vai resultar em urina e sairá pelo tubo coletor. Ao longo de todo néfron existem três segmentos paralelos: um vaso capilar que vai recebendo as  substâncias que são devolvidas para circulação, as células da parede do tubo renal, que realizam as trocas de substâncias e o interior do tubo, por onde circula o filtrado glomerular, que originou-se do plasma no acesso ao néfron.

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Qual a função dos pulmões na manutenção do pH dos líquidos biológicos?

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Qual a função dos pulmões na manutenção do pH dos líquidos biológicos?

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Os pulmões regulam a quantidade de ácido volátil, o gás carbônico, através da alteração do ritmo de ventilação. A alteração da pressão parcial de CO2 é ponto chave no tamponamento do plasma. Quando o pH plasmático cai, em função de uma secreção de ácido na circulação, a neutralização do próton realizada pelo bicarbonato conduz à formação de ácido carbônico que é convertido em água e gás carbônico. Dessa maneira, reduzindo o pH, uma maior quantidade de CO2 será formada. Para resolver essa situação e eliminar o CO2 em excesso os pulmões aumentam o ritmo ventilatório, ou seja, realizam uma hiperventilação. A concentração de íons H+ afeta, por sua vez, a ventilação alveolar. Isso resulta da ação direta dos íons H+ sobre o centro respiratório no bulbo que controla a respiração.

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Regulação respiratória do balanço acidobásico

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Regulação respiratória do balanço acidobásico

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A segunda linha de defesa contra os distúrbios acidobásicos é o controle da concentração de CO2 no líquido extracelular pelos pulmões. Aumento da ventilação elimina o CO2 do líquido extracelular que, por ação das massas, reduz a concentração de H+. Em contrapartida, menor ventilação aumenta o CO2, também elevando a concentração de H+ no líquido extra celular

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Os rins controlam o balanço acidobásico o excretar unira ácida ou básica. A excreção de urina ácida reduz a quantidade de ácido no líquido extracelular, enquanto a excreção de urina básica remove base do líquido extracelular. O mecanismo global pelo qual os rins excreta urina ácida ou básica é o seguinte: grandes quantidades de HCO3- são filtradas continuamente para os túbulos, e se forem excretadas na urina, removem base do sangue. Ainda grandes quantidades de H+ são secretadas no lúmen tubular pelas células epiteliais tubulares, removendo assim ácido do sangue.

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O gás carbônico, produto final do metabolismo oxidativo nos tecidos é transportado e tamponado pela hemoglobina, a principal proteína existente nos eritrócitos. Durante esse transporte dos tecidos periféricos aos pulmões é importante que ocorra o tamponamento pela molécula de hemoglobina para que não haja alteração do pH plasmático pela reação da anidrase carbônica. Além disso, as alterações no pH plasmático afetam diretamente a oxigenação tecidual pois ambos processos estão interligados.

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Tampão bicarbonato o próton não é efetivamente excretado, pois sempre está envolvido no ciclo de reabsorção do bicarbonato, é na verdade apenas retirado da circulação sangüínea. Os íons H + na urina são eliminados 50% na forma de H2PO4 - (denominado acidez titulável) e 50% na forma de íon amônio – NH4 + . O total de H+ eliminado na urina nestas duas formas é de 70 milimoles/dia – ou seja, igual à quantidade de ácidos fixos gerada diariamente.  O tampão fosfato é constituído por mistura de HPO4 -2 e H2PO4 - . Ambos estão muito concentrados no líquido tubular, devido à sua reabsorção relativamente pequena e à remoção de água do líquido tubular. Por conseguinte, apesar de o tampão fosfato ser muito fraco no sangue, trata-se de um tampão muito mais potente no líquido tubular.