CONCEITOS DE ÁCIDO, BASE E ph

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1 ÁGUA, ph E TAMPÕES- DISTÚRBIOS ÁCIDO-BÁSICOS (Adaptado de A regulação dos líquidos do organismo inclui a regulação da concentração do íon hidrogênio, para assegurar o ambiente ótimo para as funções celulares. A energia para todos os processos celulares e orgânicos, provém da energia química produzida pelo metabolismo celular. A concentração dos íons hidrogênio nos líquidos do organismo é medida pela unidade denominada ph. A redução do ph é denominada acidose e o seu aumento constitui a alcalose. Ambos, acidose e alcalose, podem diminuir acentuadamente a eficiência das reações químicas celulares; o metabolismo celular exige um estreito limite para a concentração do íon hidrogênio. O metabolismo celular produz ácidos que devem ser neutralizados, a fim de preservar o ph ou, em outras palavras, manter estável a concentração do íon hidrogênio. A principal base do organismo é o íon bicarbonato, produzido à partir da combinação do dióxido de carbono com a água. O bicarbonato e as demais bases do organismo atuam em associação com ácidos da mesma natureza química, formando pares de substâncias chamadas sistema tampão. A regulação do equilíbrio entre os ácidos e as bases do organismo depende de um mecanismo imediato, representado pelos sistema tampão e de um mecanismo respiratório rápido, que elimina ou retém o dióxido de carbono e, portanto, reduz ou aumenta o ácido carbônico. Depende também do mecanismo renal, mais lento, que elimina íon hidrogênio e retém ou elimina o íon bicarbonato, moderando a quantidade de bases disponíveis no organismo. CONCEITOS DE ÁCIDO, BASE E ph OBJETIVOS: Descrever o conceito de ácidos e bases. Analisar a concentração dos íons hidrogênio nos líquidos do organismo e a determinação do ph. Descrever os mecanismos de regulação do ph. Definir acidose e alcalose. CONCEITOS GERAIS O metabolismo celular produz ácidos que são lançados, continuamente, nos líquidos intracelular e extracelular e tendem a modificar a concentração dos íons hidrogênio. A manutenção da concentração dos íons hidrogênio dentro da faixa ótima para o metabolismo celular, depende da eliminação do ácido carbônico nos pulmões, da eliminação de íons hidrogênio pelos rins e da ação dos sistemas tampão intra e extracelulares. O modo como o organismo regula a concentração dos íons hidrogênio (H+) é de fundamental importância para a compreensão e a avaliação das alterações do equilíbrio entre os ácidos e as bases no interior das células, no meio líquido que as cerca (líquido intersticial) e no sangue (líquido intravascular). CONCEITO DE ÁCIDO E BASE Os elementos importantes para a função celular estão dissolvidos nos líquidos intra e extracelular. Sob o ponto de vista químico, uma solução é um líquido formado pela mistura de duas ou mais substâncias, homogeneamente dispersas entre sí. A mistura homogênea apresenta as mesmas propriedades em qualquer ponto do seu interior e não existe uma superfície de separação entre os seus componentes. A solução, portanto, consiste de um solvente, o composto principal, e um ou mais solutos. Nos líquidos do organismo a água é o solvente universal; as demais substâncias em solução, constituem os solutos. Em uma solução, um soluto pode estar no estado ionizado ou no estado não ionizado. Nos líquidos do organismo, os solutos existem em ambas as formas, em um tipo especial de equilíbrio químico. Quando um soluto está ionizado, os elementos ou radiciais químicos que o compõem, estão dissociados uns dos outros; a porção da substância que existe no estado ionizado é chamada íon. O soro fisiológico, por exemplo, é uma solução de água (solvente) contendo o cloreto de sódio (soluto). Uma parte do cloreto de sódio está no estado dissociado ou ionizado, constituida pelos íons Cl- (cloro) e Na+ (sódio), enquanto uma outra parte está no estado não dissociado, como NaCl (cloreto de sódio); ambas as partes estão em equilíbrio químico. Existem substâncias, como os ácidos fortes, as bases fortes e os sais, que permanecem em solução, quase completamente no estado ionizado. Outras substâncias, como os ácidos e as bases fracas, ao contrário, permanecem em solução em graus diversos de ionização. A água tem sempre um pequeno número de moléculas no estado ionizado. Os íons combinam-se entre si conforme a sua carga elétrica. Os cátions são os íons com carga elétrica positiva, como o hidrogênio (H+) e o sódio (Na+). Os ânions são os íons com carga elétrica negativa, como o hidróxido ou hidroxila (OH-) e o cloreto (Cl-). Para ser um ácido, é necessário que a molécula da substância tenha, pelo menos, um hidrogênio ligado ionicamente. O hidrogênio ionizado, simplesmente representa um próton. Um ácido é uma substância que, em solução, é capaz de doar prótons (H+). Uma base é uma substância que, em solução, é capaz de receber prótons. Em outras palavras, os ácidos são substâncias que, quando em solução, tem capacidade de ceder íons hidrogênio; as bases são substâncias que, quando em solução, tem capacidade de captar íons hidrogênio. Um ácido forte pode doar muitos íons hidrogênio para a solução, porque uma grande parte das suas moléculas se encontra no estado dissociado (estado iônico). Do mesmo modo, uma base forte pode captar muitos íons hidrogênio de uma solução. CONCEITO DE ph A atividade dos íons hidrogênio em uma solução qualquer, depende da quantidade de hidrogênio livre na solução. Para a avaliação do hidrogênio livre nas soluções, usa-se a unidade chamada ph. O termo ph significa potência de hidrogênio e foi criado para simplificar a medida da concentração de íons hidrogênio (H+) na água e nas soluções. A água é a substância padrão usada como referência, para expressar o grau de acidez ou de alcalinidade das demais substâncias. A água se dissocia em pequena quantidade em íons hidrogênio (H+) e hidroxila (OH-). 1

2 A água é considerada um líquido neutro por ser o que menos se dissocia ou ioniza. A quantidade de moléculas dissociadas ou ionizadas na água é muito pequena, em relação ao total de moléculas, bem como são pequenas as quantidades de íons H+ e OH-, em solução. Para cada 1 molécula de água dissociada em H+ e OH-, há de moléculas não dissociadas. A concentração do H+ na água, portanto, é de 1/ ou seja 0, , conforme representado na figura acima. Para facilitar a comparação dessas pequenas quantidades de íons, foi adotada a fração exponencial, ao invés da fração decimal. Assim, pela fração exponencial o valor de 0, é expresso como 10-7, chamada "potência sete do hidrogênio", e significa a sua concentração na água. Para evitar a utilização de frações exponenciais negativas, foi criada a denominação ph, que representa o logarítmo negativo, ou seja, o inverso do logarítmo, da atividade do íon hidrogênio. O ph de uma solução, portanto, representa o inverso da sua concentração de íons hidrogênio. Esta forma de representação permite que os valores da atividade do hidrogênio nas soluções, sejam expressos com números positivos. Como as quantidades dos íons nas soluções se equivalem, a água tem partes iguais do cátion (H+) e do ânion (OH-), ou seja, a concentração de (H+) é de 10-7 e a concentração de (OH-) também é de A água, portanto, tem o ph=7. H2O Û H+ (10-7) + OH- (10-7) A água é considerada uma substância neutra. Isto equivale a dizer que a água não é ácido nem base e serve de comparação para as demais soluções. Um ácido forte, em solução, libera uma quantidade de íons hidrogênio (H+), muito maior que a água. O seu ph, portanto será inferior ao da água. Ao contrário, uma base forte, por aceitar muitos prótons ou íons hidrogênio da solução, permitirá que apenas uma pequena parte dos íons fique livre, em comparação à água. O ph da base forte, portanto, será superior ao ph da água. O ph é expresso por uma escala numérica simples que vai de 0 (zero) a 14. O ponto 7 da escala é o ponto de neutralidade e representa o ph da água. As soluções cujo ph está entre 0 e 7 são denominadas ácidas; as que tem o ph entre 7 e 14 são denominadas básicas ou alcalinas. Quanto maior a concentração de hidrogênio livre em uma solução, tanto mais baixo será o seu ph. REGULAÇÃO DO ph NO ORGANISMO Quando se adiciona ácido à água, mesmo em pequenas quantidades, o ph da solução se altera rapidamente. O mesmo fenômeno ocorre com a adição de bases. Pequenas quantidades de ácido ou de base podem produzir grandes alterações do ph da água. Se adicionarmos ácido ou base ao plasma sanguíneo, veremos que há necessidade de uma quantidade muito maior de um ou de outro, até que se produzam alterações do ph. Isto significa que o plasma dispõe de mecanismos de defesa contra variações bruscas ou significativas do ph. O balanço entre os ácidos e as bases no organismo se caracteriza pela busca permanente do equilíbrio; o plasma resiste às alterações do ph, por meio de pares de substâncias, capazes de reagir tanto com ácidos quanto com bases, chamadas sistemas "tampão". Os mesmos mecanismos de defesa existem nos líquidos intracelular e intersticial. Três mecanismos regulam o ph dos líquidos orgânicos, conforme demonstra a figura acima. O mecanismo químico é representado pelos sistemas tampão, capazes de neutralizar ácidos e bases em excesso, dificultando as oscilações do ph. O mecanismo respiratório, de ação rápida, elimina ou retém o dióxido de carbono do sangue, conforme as necessidades, moderando o teor de ácido carbônico. O mecanismo renal é de ação mais lenta e, fundamentalmente, promove a poupança ou a eliminação do íon bicarbonato, conforme as necessidades, para, à semelhança dos demais mecanismos, assegurar a manutenção do ph dentro dos limites normais. VALORES NORMAIS DO ph A água é o solvente universal dos líquidos orgânicos; a sua concentração de hidrogênio livre ou ionizado é utilizada como valor de comparação para as demais soluções. O ph normal da água, considerada um líquido neutro é 7. As soluções com ph inferior a 7 são consideradas ácidas e as soluções com ph superior a 7 são consideradas alcalinas. Os líquidos orgânicos são constituidos de água contendo uma grande quantidade de solutos de diversas características químicas e iônicas. A solução orgânica padrão para a avaliação do ph é o sangue. O ph normal do sangue varia dentro da pequena faixa de 7,35 a 7,45. Em comparação com a água, portanto, o sangue normal tem o ph levemente alcalino. Essa alcalinidade do sangue representa a atividade iônica de numerosas substâncias incluindo-se os sistemas tampão. O sangue arterial é o padrão habitual para avaliação do ph; seu valor se situa na 2

3 porção mais alcalina da faixa normal, entre 7,4 e 7,45. O sangue venoso tem maior concentração de hidrogênio livre, recebido do líquido intersticial pelos capilares venosos. Em consequência, o ph do sangue venoso se situa na faixa menos alcalina do ph normal, geralmente entre 7,35 e 7,40. As principais alterações do ph do sangue estão representadas na figura 4. Quando o ph do sangue está abaixo de 7,35 existe acidose; se o ph do sangue é superior a 7,45, existe alcalose. Quando a acidose é severa e o ph alcança valores abaixo de 6,85, em geral as funções celulares se alteram de tal forma que sobrevém a morte celular; o distúrbio é irreversível. Do mesmo modo, nas alcaloses severas e persistentes, os valores de ph superiores a 7,95 são incompatíveis com a normalidade da função celular. O distúrbio é irreversível e, em geral, ocorre a morte celular. ph INTRACELULAR O interior das células reflete uma realidade metabólica diferente do plasma sanguíneo. A atividade celular gera permanentemente subprodutos ácidos como resultado de numerosas reações químicas. Em consequência, o ph habitual do líquido intracelular é mais baixo que o ph do plasma. O ph intracelular é de aproximadamente 6,9 nas células musculares e pode cair a 6,4 após um exercício extenuante. Nas células dos túbulos renais, o ph é de cerca de 7,3, de acordo com a predominância de substâncias alcalinas, podendo se alterar com as necessidades do organismo. Em geral, as células dos tecidos com maior atividade metabólica tem um ph levemente ácido, em relação ao ph do sangue. RESUMO O metabolismo celular produz ácidos que tendem a modificar a concentração dos íons hidrogênio nos líquidos do organismo. A manutenção da concentração ideal de íons hidrogênio depende da ação de ácidos e bases existentes nos líquidos, da eliminação de ácido carbônico pelos pulmões e da eliminação de íons hidrogênio pelos rins. Os ácidos são as substâncias que podem ceder íons hidrogênio para uma solução; bases são as substâncias que podem receber íons hidrogênio em uma solução. A quantidade de íons hidrogênio livres nas soluções é quantificada pelo ph. Quanto maior a quantidade de íons hidrogênio nas soluções, tanto mais baixo será o seu ph; ao contrário, as soluções com baixa concentração de íons hidrogênio, tem o ph mais elevado. A água é a substância padrão para comparação com as demais substâncias. A dissociação da água é desprezível; apenas uma molécula, em cada 10 milhões, se dissocia. A água é, portanto, uma substância neutra, ou seja não é ácido nem é base. O ph da água é 7; a água ocupa o ponto neutro da escala do ph, que vai de 0 a 14. As soluções com ph inferior ao da água, são consideradas ácidas; as soluções cujo ph é superior a 7, são consideradas bases. O ph do sangue reflete a atividade iônica de numerosas substâncias e é ligeiramente maior que o ph da água. O sangue normal tem o ph que varia entre 7,35 e 7,45. O sangue normal, portanto, é levemente alcalino, em relação à água. Quando o ph do sangue está abaixo de 7,35 dizemos que existe acidose; quando o ph do sangue supera o valor de 7,45, dizemos que há alcalose. SISTEMA TAMPÃO CONCEITOS GERAIS O organismo dispões de três importantes mecanismos reguladores do ph, que atuam em sincronia, com a finalidade de preservar as condições ótimas para as funções celulares. O mecanismo respiratório, de ação rápida, o mecanismo renal, de ação lenta e o mecanismo químico, de ação imediata, representado por pares de substâncias chamados sistemas "tampão", que podem reagir com ácidos ou com bases em excesso nos líquidos do organismo. SISTEMAS TAMPÃO Os tampões, denominação traduzida do original inglês "buffer" (amortecedor), são as substâncias que limitam as variações do ph do sangue e demais líquidos orgânicos, ao se combinarem com os ácidos ou as bases que alcançam aqueles líquidos. As substâncias que constituem os tampões agem aos pares ou, menos comumente, em grupos, constituindo um sistema protetor. Um sistema tampão é constituído por um ácido fraco e o seu sal, formado com uma base forte. O ácido fraco e o sal do sistema tampão, em condições normais, existem em uma relação constante, que o organismo tende a preservar. Se gotejarmos continuamente ácido clorídrico em água durante um intervalo de 90 minutos, verificamos que o ph da água passa de 7 para 1,84. Se administrarmos proporcionalmente, a mesma quantidade de ácido clorídrico a um cão no mesmo período de tempo, verificamos que o ph do sangue do animal passa de 7,44 para 7,14. A diferença de comportamento diante da mistura com o ácido clorídrico reflete a atuação dos sistemas tampão do plasma do animal, que impedem a variação mais acentuada do ph. O sistema tampão do bicarbonato e ácido carbônico corresponde a cerca de 64% do total de tampões. Esse sistema é essencial à regulação do equilíbrio ácido-base, porque o metabolismo celular gera muito ácido como produto final, sob a forma de ácido carbônico. Composição do Sistema Percentual Bicarbonato/Ácido Carbônico 64% Hemoglobina/Oxihemoglobina 28% 3

4 Proteinas ácidas/proteinas básicas 7% Fosfato monoácido/fosfato diácido 1% A Tabela acima lista os sistemas tampão que existem no sangue (líquido intravascular), nos tecidos (líquido intersticial) e no interior das células (líquido intracelular). Quando um ácido se acumula em maior quantidade no organismo, é neutralizado no sangue, no líquido intersticial e no interior das células, em partes aproximadamente iguais, ou seja, 1/3 do ácido é neutralizado no sangue, 1/3 é neutralizado no líquido intersticial e 1/3 no líquido intracelular. O processo intracelular é mais lento e pode demorar cerca de duas horas, para compensar uma alteração. Quando um ácido é adicionado ao sangue, o bicarbonato do tampão prontamente reage com ele; a reação produz um sal, formado com o sódio do bicarbonato e ácido carbônico. Essa reação diminui a quantidade de bases e altera a relação entre o bicarbonato e o ácido carbônico. O ácido carbônico produzido pela reação do bicarbonato do tampão, se dissocia em CO2 e água; o CO2 é eliminado nos pulmões, recompondo a relação de 20:1 do sistema protetor. Quando uma base invade o organismo, o ácido carbônico prontamente reage com ela, produzindo bicarbonato e água. O ácido carbônico diminui. Os rins aumentam a eliminação de bicarbonato ao invés do íon hidrogênio, reduzindo a quantidade de bicarbonato no organismo, para preservar a relação do sistema tampão. Todos os sistemas tampão do organismo atuam da mesma forma que o sistema bicarbonato/ácido carbônico. O sistema neutraliza o excesso de ácidos ou de bases e em seguida o organismo tenta recompor a relação normal do tampão. O princípio fundamental da regulação do equilíbrio ácido-base é a manutenção da relação constante entre o numerador e o denominador do sistema tampão. O bicarbonato total disponível no organismo é de aproximadamente meq, dos quais cerca de 450 meq. estão imediatamente disponíveis, distribuidos em 15 litros de líquido extracelular, sendo 3 litros de plasma e 12 litros de líquido intersticial. Nas alcaloses o organismo tolera a redução dos íons hidrogênio em cerca da metade do seu valor normal, até alcançar o ph incompatível com a vida celular. Nas acidoses, o organismo tolera a elevação dos íons hidrogênio 3 vezes acima do normal, até alcançar o ph incompatível com a vida. INTEGRAÇÃO DA DEFESA CONTRA VARIAÇÕES DO ph Os sistemas de defesa que mantém o ph dos líquidos orgânicos dentro de uma faixa estreita, atuam perfeitamente integrados em suas funções. Todos os líquidos do organismo possuem sistemas tampão, para impedir alterações significativas da concentração dos íon hidrogênio ou, em outras palavras, do ph. Se a concentração do íon hidrogênio aumenta ou diminui significativamente, o centro respiratório é imediatamente estimulado, para alterar a frequência respiratória e modificar a eliminação do dióxido de carbono. As variações da eliminação do dióxido de carbono, tendem a retornar o ph aos seus valores normais. Quando o ph se afasta da faixa normal, os rins eliminam urina ácida ou alcalina, contribuindo para o retorno da concentração dos íons hidrogênio aos valores normais. O TAMPÃO BICARBONATO/ÁCIDO CARBÔNICO O sistema tampão constituido pelo bicarbonato e pelo ácido carbônico tem características especiais nos líquidos do organismo. O ácido carbônico é um ácido bastante fraco e a sua dissociação em íons hidrogênio e íons bicarbonato é mínima, em comparação com outros ácidos. Em cada moléculas de ácido carbônico, cerca de 999 estão em equilíbrio sob a forma de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), do que resulta uma alta concentração de dióxido de carbono dissolvido e uma baixa concentração de ácido. O sistema tampão do bicarbonato/ácido carbônico é muito poderoso porque os seus componentes podem ser facilmente regulados. A concentração do dióxido de carbono é regulada pela eliminação respiratória e a concentração do bicarbonato é regulada pela eliminação renal. OUTROS SISTEMAS TAMPÃO Além do principal sistema tampão, o bicarbonato/ácido carbônico, outros sistemas são importantes na manutenção do equilíbrio ácido-base. No líquido intracelular, cuja concentração de sódio é baixa, o tampão do ácido carbônico consiste principalmente de bicarbonato de potássio e de magnésio.o sistema tampão fosfato, formado pelo fosfato de sódio e ácido fosfórico é eficaz no plasma, no líquido intracelular e nos túbulos renais onde se concentra em grande quantidade. O sistema tampão das proteinas é muito eficaz no interior das células, onde é o sistema mais abundante. O tampão hemoglobina é exclusivo das hemácias; colabora com a função de transporte do CO2 e com o tampão bicarbonato. Os sistemas tampão não são independentes entre sí, mas cooperativos. Qualquer condição que modifique um dos sistemas também influirá no equilíbrio dos demais; na realidade, os sistemas tampão auxiliam-se uns aos outros. DISTÚRBIOS ÁCIDO-BÁSICOS CONCEITOS GERAIS Os desvios da concentração de íons hidrogênio são ocorrências relativamente comuns nos pacientes graves, nos pacientes sob regime de terapia intensiva, especialmente quando a ventilação depende de respiradores mecânicos e nos que apresentam doença 4

5 significativa pulmonar ou renal, devido à interferência com os mecanismos reguladores naturais. São ainda comuns em pacientes com doenças sistêmicas severas, de qualquer natureza, em que haja comprometimento das funções metabólicas ou respiratórias. DESVIOS DO ph O ph é o indicador do estado ácido-base do organismo. Os desvios do equilíbrio ácido-base refletem-se nas alterações do ph do sangue. O ph normal do sangue, situa-se entre 7,35 e 7,45. Quando o ph está abaixo do valor mínimo normal, existe acidose. Se o ph está acima da faixa normal, existe alcalose. A prática tem demonstrado que o organismo humano tolera um certo grau de alcalose, melhor que graus idênticos de acidose. A severidade dos distúrbios do equilíbrio ácido-base pode ser apreciada pelo grau de alteração do ph. Quanto mais baixo o ph, mais severa é a acidose; do mesmo modo um ph muito elevado, indica a presença de alcalose grave. Desvios extremos do equilíbrio ácido-base, em geral se acompanham de alterações profundas da função dos órgãos vitais e podem determinar a morte do indivíduo. Em geral, o valor mínimo do ph, compatível com a vida nas acidoses é de 6,85; nas alcaloses, o valor máximo de ph, tolerado pelo organismo é de aproximadamente 7,95. As variações da concentração dos íons hidrogênio no organismo podem ser de origem interna (endógena) ou externa (exógena). O acúmulo de ácidos no organismo pode ser consequência da retenção do CO2 no sangue por dificuldade de eliminação nos alvéolos pulmonares, pode ocorrer em consequência do aumento da produção de ácido lático e por incapacidade de eliminação de ácidos fixos pelos rins (causas endógenas). Pode também ocorrer, em consequência da ingestão acidental de grande quantidade de ácidos, como o ácido acetilsalicílico (aspirina) ou outros agentes de natureza ácida (causas exógenas). A redução dos ácidos no organismo pode ser consequência da eliminação excessiva do CO2 (causa endógena), da perda de ácidos fixos ou da administração excessiva de bases, como o bicarbonato de sódio, por exemplo (causa exógena). Sempre que há tendência a desvios do equilíbrio ácido-base, o organismo intensifica a atuação dos mecanismos de compensação, na tentativa de impedir grandes desvios do ph. Nestas circunstâncias os desvios podem ser parcialmente compensados. A compensação completa do desvio, entretanto, depende da remoção da sua causa primária. CLASSIFICAÇÃO DOS DESVIOS DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE Os distúrbios do equilíbrio ácido-base são classificados conforme os seus mecanismos de produção. Dessa forma, as alterações podem ter origem respiratória ou metabólica. Esses desvios correspondem, portanto, a quatro tipos de alterações. Os desvios do tipo respiratório devem-se à alterações da eliminação do dióxido de carbono. Os desvios do tipo metabólico não sofrem interferência respiratória na sua produção. Conforme a duração, os desvios do equilíbrio ácido-base podem ser agudos ou crônicos. Os distúrbios crônicos, em geral, acompanham doenças crônicas do sistema respiratório ou dos rins. Os distúrbios crônicos costumam ser de intensidade mais leve, parcialmente compensados e melhor tolerados. ACIDOSES Ocorre acidose quando a concentração de íons hidrogênio livres nos líquidos do organismo está elevada; em consequência, o ph, medido no sangue arterial, está abaixo de 7,35. As acidoses podem ser de dois tipos: acidose respiratória e acidose metabólica. A acidose respiratória ocorre em consequência da redução da eliminação do dióxido de carbono nos alvéolos pulmonares. A retenção do CO2 no sangue que atravessa os capilares pulmonares, produz aumento da quantidade de ácido carbônico no sangue, com consequente redução do ph, caracterizando a acidose de origem respiratória. A acidose metabólica ocorre em consequência do aumento da quantidade de ácidos fixos, não voláteis, no sangue, como o ácido lático, corpos cetônicos ou outros. O ph do sangue se reduz, devido ao acúmulo de íons hidrogênio livres; não há interferência respiratória na produção do distúrbio. As acidoses, como distúrbio primário do equilíbrio ácido-base, são encontradas na prática clínica, mais frequentemente que as alcaloses. ALCALOSES Ocorre alcalose quando a concentração de íons hidrogênio livres, nos líquidos do organismo está reduzida. Em consequência, o ph medido no sangue arterial está acima de 7,45. Conforme o mecanismo de produção, as alcaloses podem ser de dois tipos, alcalose respiratória e alcalose metabólica. A alcalose respiratória ocorre em consequência do aumento da eliminação de dióxido de carbono nos alvéolos pulmonares. A eliminação excessiva do CO2 do sangue que atravessa os capilares pulmonares, produz redução da quantidade de ácido carbônico no sangue, com consequente elevação do ph, caracterizando a alcalose de origem 5

6 respiratória. A alcalose metabólica ocorre em consequência do aumento da quantidade de bases no sangue, como o íon bicarbonato. O ph do sangue se eleva, devido à redução de íons hidrogênio livres; não há interferência respiratória na produção do distúrbio. As alcaloses como alterações primárias do equilíbrio ácido-base, são encontradas na prática clínica, com menos frequência que as acidoses. REGULAÇÃO RESPIRATÓRIA DO ph CONCEITOS GERAIS Os principais mecanismos reguladores do equilíbrio ácido-base do organismo são os sistemas tampão, a regulação respiratória e a regulação renal. Esses mecanismos atuam em conjunto e, em circunstâncias normais, mantém inalterada a concentração de íons hidrogênio dos líquidos orgânicos, assegurando as condições ideais para a função celular. A alimentação e a atividade física produzem desvios do ph que são prontamente compensados, quando as funções respiratória e renal são adequadas. Em determinados estados patológicos ou em certas alterações pulmonares ou renais, a produção de ácidos ou a retenção de bases no organismo, podem ser tão intensos que os mecanismos de compensação tornam-se incapazes de manter o equilíbrio adequado. Nessas condições, o sistema regulador colapsa e o ph dos líquidos orgânicos se altera; as funções celulares deterioram e quando a condição persiste, em geral, ocorre a morte do indivíduo. Os sistemas tampão e os mecanismos respiratórios são os principais reguladores do ph dos líquidos do organismo diante de alterações bruscas do equilíbrio entre os ácidos e as bases. VENTILAÇÃO PULMONAR O pulmão humano possui cerca de 300 milhões de alvéolos, que equivalem a uma superfície de aproximadamente 70 metros quadrados, destinada a trocar gases com o ar atmosférico. A função respiratória se processa mediante três atividades distintas, mas interrelacionadas e coordenadas: ventilação, que consiste no processo através do qual o ar atmosférico alcança os alvéolos, para as trocas gasosas; perfusão, que consiste no processo pelo qual o sangue venoso alcança os capilares dos alvéolos, para as trocas gasosas; difusão, o processo pelo qual o oxigênio da mistura gasosa alveolar passa para o sangue, ao mesmo tempo em que o dióxido de carbono (CO2) contido no sangue passa para o gas dos alvéolos. O sistema respiratório pode ser representado simplificadamente, por uma membrana com enorme superfície em que, de um lado existe o ar atmosférico e do outro lado o sangue venoso. Através desta membrana, ocorrem as trocas gasosas. A enorme superfície disponível para as trocas gasosas permite que em um minuto o organismo possa eliminar até 200 ml de dióxido de carbono (CO 2 ). Por esta grande capacidade de eliminar o CO 2 do sangue, o pulmão é o mais importante regulador do equilíbrio ácido-básico do organismo. O mecanismo regulador respiratório pode manter o ph na faixa normal, variando a quantidade de dióxido de carbono eliminada nos alvéolos. PRODUÇÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO (CO 2 ) As etapas terminais do metabolismo celular consistem na combustão da glicose e de outros metabólitos, com liberação de energia química e produção de dióxido de carbono e água. O dióxido de carbono formado no organismo difunde-se para os líquidos intersticiais e destes para o sangue. O dióxido de carbono (CO 2 ) combina-se com a água (H2O), para formar o ácido carbônico (H 2 CO 3 ); uma pequena parte se dissocia nos íons bicarbonato (HCO 3- ) e hidrogênio (H + ), conforme esquematizado na figura 7. A maior parte do ácido carbônico existe no sangue como CO 2 dissolvido e água, em equilíbrio. O dióxido de carbono é transportado pelo sangue venoso para os capilares pulmonares, sob três formas: Gás dissolvido - Cerca de 5% do CO 2 é transportado simplesmente dissolvido na água do plasma. Íon bicarbonato - Cerca de 75% do total de CO 2 é transportado sob a forma de íon bicarbonato, produto da reação com a água das hemácias, catalisada pela enzima anidrase carbônica, que torna a reação vezes mais rápida. O íon hidrogênio resultante da reação é captado pela hemoglobina (sistema tampão das hemácias). Combinado à hemoglobina - Os restantes 25% do CO 2 ligam-se à hemoglobina em local diferente do que se liga o oxigênio, mediante uma ligação química facilmente reversível, para transporte pelo sangue (carbamino hemoglobina). ELIMINAÇÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO A produção díária de dióxido de carbono é elevada e depende da atividade metabólica dos indivíduos. O índice metabólico é o fator determinante da produção do CO 2 e, portanto, da sua eliminação pelos pulmões. Os gases tem um comportamento especial quando estão em solução. A quantidade de gás existente em uma solução é medida pela sua pressão parcial, ou seja, a pressão ou a tensão exercida pelo gás na solução, independente da presença de outros gases. A pressão parcial é proporcional à quantidade 6

7 de gás existente na solução. Por essa razão, a quantidade de CO 2 existente no sangue é medida pela sua pressão parcial. A pressão parcial do dióxido de carbono é representada pelo símbolo PCO 2. Nos capilares alveolares, o dióxido de carbono do sangue venoso se difunde para o gas dos alvéolos. A difusão do CO 2 para os alvéolos é comandada pela diferença de pressão parcial (PCO 2 ) entre o sangue venoso e o gas alveolar; esta difusão rápidamente equilibra a pco 2 do sangue com a PCO2 do gas dos alvéolos pulmonares. A eliminação do CO 2, reduz a quantidade de ácido carbônico, conforme representado na figura 8. A redução do CO 2 do sangue, elimina ácido e eleva o ph. O aumento da quantidade de dióxido de carbono no sangue, altera o ph para o lado ácido; a redução da quantidade (ou da tensão parcial) do dióxido de carbono no sangue, altera o ph para o lado alcalino. É com base nessa relação que o sistema respiratório modifica o ph. MECANISMO DA AUTO-REGULAÇÃO DO ph A concentração de íons hidrogênio do sangue ou, em outras palavras, o ph do sangue, modifica a ventilação alveolar, através do centro respiratório. Esta estrutura do sistema nervoso central se comporta como um "sensor" do ph do sangue. Quando a concentração de íons hidrogênio do sangue está elevada (ph baixo) o centro respiratório aumenta a frequência dos estímulos respiratórios, produzindo taquipneia. Com o aumento da frequência respiratória, aumenta a eliminação do CO 2 do sangue; a redução dos níveis sanguíneos do CO 2 eleva o ph. A concentração de H+ no sangue é permanentemente acompanhada pelo centro respiratório, que regula seus estímulos de acordo com ela, conforme demonstra o diagrama da figura 9. Ao contrário, quando a concentração de íons hidrogênio (H+) está baixa (ph elevado), o centro respiratório diminui a frequência dos estímulos à respiração e ocorre bradipneia, que reduz a eliminação do CO 2 tentando corrigir o ph do sangue. Na realidade, a regulação respiratória do ph, por estímulos do centro respiratório, não normaliza o ph do sangue, porque, à medida que a concentração do íon hidrogênio se aproxima do normal, o estímulo que modifica a atividade respiratória vai desaparecendo. Apesar disso, a compensação respiratória é extremamente eficaz para impedir grandes oscilações do ph. AVALIAÇÂO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE A normalidade do ph, da PCO2 e das bases do sangue e demais líquidos do organismo é representada por faixas, ao invés de um valor simples e absoluto, por duas razões principais: 1. As medidas de parâmetros biológicos em uma grande quantidade de indivíduos são semelhantes, mas não são exatamente iguais. Um mesmo exame, realizado em um grande número de indivíduos, mostrará uma curva de distribuição de resultados. O valor encontrado o maior número de vêzes representa o ponto médio da curva. Os valores encontrados em 95% dos indivíduos, formam um segmento simétrico da curva, acima e abaixo do ponto médio e constituem o desvio padrão. A faixa de normalidade nessa curva abrange o ponto médio e o desvios padrão inferior e superior. 2. Os valores do equilíbrio ácido-base refletem a atividade metabólica das células e a atividade química de um grande número de substâncias existentes no sangue e nos líquidos intracelular e intersticial, onde ocorrem intercâmbio e reações químicas muito rápidas. O conceito de normalidade e seus valores numéricos, portanto, devem ser abrangentes e devem considerar as variações individuais. AVALIAÇÃO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE A avaliação do estado ácido-base do organismo, na prática clínica, é feita pela análise de quatro parâmetros principais, determinados em amostras de sangue arterial. Esses parâmetros são o ph, a PCO2, o bicarbonato e a diferença de bases (excesso ou déficit). Gasometria é o exame que fornece os valores que permitem analisar os gases sanguíneos e o equilíbrio ácido-base; os aparelhos utilizados para a determinação dos gases sanguíneos e do ph são os analisadores de gases, dos quais existem vários tipos e modelos, disponíveis no mercado. Os aparelhos mais sofisticados fazem correções automáticas para o valor da hemoglobina e da temperatura e emitem os resultados já impressos em formulários próprios. Por se tratar da análise de gases, inclusive o CO2, muito volátil, diversos cuidados são essenciais em relação à coleta das amostras de sangue, transporte ao laboratório e realização imediata do exame, para assegurar a fidelidade dos resultados. A velocidade com que as condições do equilíbrio ácido-base podem se modificar, principalmente na terapia intensiva, requer a imediata análise dos resultados do exame, que refletem as condições do paciente, no momento da coleta da amostra. ANALISADORES DE GASES Os analisadores de gases sanguíneos utilizam eletrodos especiais para a determinação do ph, da pressão parcial de dióxido de carbono (PCO2) e da pressão parcial de oxigênio (PO2). A pressão parcial de oxigênio é determinada ao mesmo tempo que os demais parâmetros; contudo, sua análise não tem implicações nos mecanismos do equilíbrio ácido-base. A PO2 do sangue arterial nos informa sobre a eficiência da oxigenação realizada nos alvéolos pulmonares. Os eletrodos de ph, pco2 e de po2 são contidos em um pequeno reservatório, cuja temperatura é controlada. O aparelho requer calibração prévia para uso, que é obtida por comparação com soluções padronizadas. Os aparelhos modernos calculam os parâmetros que não são diretamente medidos 7

8 pelos eletrodos e são de grande precisão. A taxa de hemoglobina do sangue do paciente deve ser informada, para a correção do valor das bases em excesso ou em déficit. Estes cálculos consideram a presença do sistema tampão da hemoglobina. INTERPRETAÇÃO DO EXAME A interpretação da gasometria arterial, para a identificação de distúrbios do equilíbrio ácido-base é feita em etapas sucessivas: * Verificação do ph; * Verificação da PCO 2 ; * Verificação das bases (bicarbonato); * Verificação da diferença de bases (excesso ou déficit). VERIFICAÇÃO DO ph O valor do ph da amostra indica o estado do equilíbrio ácido-base. Um ph normal demonstra a ausência de desvios ou sua completa compensação. Se o ph está abaixo de 7,35, dizemos que existe acidose; quando o ph está acima de 7,45, dizemos que existe alcalose, conforme representado na figura abaixo. A análise do ph demonstra, simplesmente, a existência de acidose ou alcalose. Podemos, com base na experiência clínica, estimar a gravidade dos distúrbios pelos níveis do ph. Um ph igual ou inferior a 7,25 é indicativo de acidose severa, enquanto que um ph, igual ou superior a 7,55 é indicativo de alcalose severa. A avaliação isolada do ph, obviamente, não oferece qualquer indicação sobre a origem do distúrbio, que pode ser respiratória ou metabólica. VERIFICAÇÃO DA PCO 2 Após determinar a presença de acidose ou alcalose, devemos investigar a origem do distúrbio. O passo seguinte é avaliar o componente respiratório do equilíbrio ácido-base. O componente respiratório é avaliado pela quantidade de ácido carbônico existente no sangue. O ácido carbônico existe quase completamente sob a forma de CO2 + H2O. A sua quantidade, portanto, pode ser determinada pela pressão parcial do dióxido de carbono (PCO 2 ). A pressão parcial do CO2 no sangue arterial normal oscila entre 35 e 45mmHg. Um valor anormal da PCO2, acima de 45mmHg ou abaixo de 35mmHg, indica a origem respiratória do distúrbio. Quando a PCO2 está acima de 45mmHg significa que há retenção de CO2 no sangue, o que, em consequência reduz o ph. Existe, portanto, acidose respiratória. Quando, ao contrário, a PCO2 está abaixo de 35mmHg significa que há excessiva eliminação de CO2 do sangue e, em consequência, o ph se eleva. Nessas circunstâncias, estamos diante de um quadro de alcalose respiratória. A figura 15 ilustra o comportamento da PCO2 que origina os dois distúrbios de natureza respiratória. NOTA: Embora na prática, o termo PCO2 seja de uso corrente, a expressão da pressão parcial de gases, deve respeitar a seguinte convenção: PACO 2 : refere-se à pressão parcial do CO2 no gas alveolar (com A maiúsculo). PaCO2: refere-se à pressão parcial do CO2 no sangue arterial (com a minúsculo). PvCO2: refere-se à pressão parcial do CO2 no sangue venoso (com v minúsculo). VERIFICAÇÃO DAS BASES A quantidade de bases disponíveis no sangue, indica o estado do componente metabólico do equilíbrio ácido-base. As bases disponíveis no organismo para a neutralização dos ácidos, não são medidas diretamente na amostra do sangue, como acontece com o ph e a pco2; na realidade, a medida das bases é derivada das medidas anteriores. Os analisadores de gases de uso corrente calculam aqueles valores. A relação entre o bicarbonato plasmático, controlado pelos rins, e o ácido carbônico, controlado pelos pulmões, determina o ph. Esse princípio permite o cálculo das bases, em função da sua relação com o ph e a PCO 2. 8

9 Existem diversos modos de expressar as bases existentes no sangue. Os dois parâmetros mais correntemente utilizados na prática, são o bicarbonato real e o base excess. No analisador de gases, a amostra de sangue é colocada em presença de uma solução padronizada, cuja PCO2 é de 40mmHg. Após o equilíbrio, a PCO2 da amostra será de 40mmHg, independente do seu valor inicial. O bicarbonato real existente no sangue é calculado à partir do ph e do CO2. Os valores das bases são expressos em miliequivalentes por litro ou, mais comumente em milimols/litro (mm/l). O valor normal do bicarbonato real (BR), oscila de 22 a 28mM/L. A figura 16 ilustra o comportamento do bicarbonato real nos distúrbios metabólicos do equilíbrio ácido-base. Quando o bicarbonato real (BR) está baixo, inferior a 22mM/L, significa que parte da reserva de bases foi consumida; em consequência o ph do sangue se reduz, configurando o quadro de acidose metabólica. Quando, ao contrário, o bicarbonato real (BR) está elevado, acima de 28mM/L, significa que há excesso de bases disponíveis no sangue. O excesso das bases eleva o ph, configurando o quadro da alcalose metabólica. VERIFICAÇÃO DA DIFERENÇA DE BASES O cálculo do bicarbonato ignora o poder tamponante do fosfato e das proteinas (principalmente a hemoglobina) do sangue e, portanto, não permite quantificar o distúrbio com precisão. A capacidade total de neutralização das bases é melhor refletida pelo cálculo da diferença de bases (excesso ou déficit de bases existentes). Este parâmetro é calculado à partir das medidas do ph, da PCO2 e da hemoglobina. O resultado expressa o excesso de bases existentes nas alcaloses metabólicas ou o déficit de bases existentes nas acidoses metabólicas. O valor aceito como normal para a diferença de bases é de 2mEq/L ou, em outras palavras: a diferença de bases oscila entre um déficit (BD) de -2,0mEq/l e um excesso (BE) de +2,0mEq/l. Usa-se o termo excesso de bases, do inglês "base excess" (BE) para exprimir o resultado positivo e o termo déficit ou deficiência de bases, "base deficit" (BD) para exprimir o resultado negativo. Um déficit de bases indica a existência de acidose metabólica, enquanto o excesso de bases indica alcalose metabólica. O comportamento da diferença de bases está representado na figura acima. A diferença de bases calculada, na realidade, representa o número de miliequivalentes de bases que faltam ou que excedem para que o ph do sangue seja normal (7,40). DISTÚRBIOS COMPENSADOS Os distúrbios do equilíbrio ácido-base ativam os mecanismos de compensação. Dessa forma, se o distúrbio se prolonga, os exames poderão mostrar também o resultado da ação dos mecanismos compensadores. O resultado dos exames laboratoriais representa o distúrbio primário e as tentativas de compensação do organismo. Por essa razão, quando a alteração primária tem duração suficiente, os exames podem expressar a resultante da compensação do distúrbio. Esses distúrbios são chamados compensados ou parcialmente compensados. Nas fases agudas, mais comum nas unidades de terapia intensiva, a compensação raramente ocorre, pelo menos ao ponto de mascarar o resultado dos exames. 9

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