Movimento entre os compartimentos 2010

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1 Iuri Marques de Oliveira & Renato Moreira Rosa Nos organismos vivos existe um constante fluxo de soluto e solvente (água) entre os compartimentos intra e extracelular. Dessa forma é possível que os nutrientes (açúcares, aminoácidos, lipídios, nucleotídeos, água, íons) oriundos da dieta possam ser absorvidos no trato gastrintestinal, viajar pela circulação sendo por fim distribuídos a todas células do organismo, desde as mais superficiais até as localizadas no interior dos tecidos, através da rede capilar. Da mesma maneira, o oxigênio é conduzido a todas células e os catabólitos (resíduos) do metabolismo são excretados da célula, recolhidos pelo sistema circulatório e eliminados pelo corpo, seja na urina (uréia, potássio, ácido úrico, corpos cetônicos...), no ar expirado (gás carbônico, corpos cetônicos). No entanto, para o entendimento a respeito da manutenção da perfeita homeostase (equilíbrio fisiológico) desses sistemas é necessário compreender alguns princípios e mecanismos envolvidos no transporte celular e entre zonas compartimentalizadas. Dentre esses mecanismos, estudaremos a difusão e a osmose. 1. Difusão Difusão é o movimento aleatório individual das moléculas (movimento browniano) (Figura 1) componentes de uma mistura qualquer provocados por forças eletrostática e internucleares que repelem as moléculas transferindo energia cinética, e com esta movimentação acaba-se atingindo a uniformidade de distribuição das moléculas em toda extensão disponível, o que confere um estado de maior energia e portanto, maior estabilidade. Ocorre em gases, líquidos e sólidos. Na prática, é a movimentação de um soluto de uma região de maior concentração para uma de menor concentração em um meio. Por exemplo, a dissolução de açúcar em água promove a difusão do açúcar em todas as direções com finalidade de se obter a mesma concentração do soluto em toda extensão do líquido. 1

2 Figura 1: Movimento aleatório das moléculas (movimento browniano) A migração do soluto de uma região mais concentrada para uma região menos concentrada ocorre por uma questão de probabilidade, pois a chance de uma molécula ir de onde ela esta em maior número para onde ela esta em menor número é maior (sempre é mais fácil e mais provável um corpo migrar de onde ele esstá para onde ele não está). Uma anlogia útil é pensar em um elevador cheio de pessoas e fora do elevador com uma pessoa só, se elas estiverem vendadas e se movimentando sem saber para onde ir é mais provável que saia uma pessoa do elevador que está mais cheio do que entre uma pessoa dentro (Figura 2). Desta maneira, se pingarmos uma gota de tinta em um recipiente com água logo depois as partículas da tinta estarão espalhadas pela solução (Figura 3) Figura 2: Figura mostrando um elevador com maior concentração de pessoas do que do lado de fora Figura 3: Figura mostrando a difusão de partículas de tinta em uma solução 2

3 É importante salientar que quando atinge o equilíbrio de concentrações, não há uma parada de movimento dos solutos, pois sempre há um movimento constante das moléculas, mas a diferença é que elas se movimentam na mesma velocidade em ambas direções, então macroscópicamente parece que não há mais movimento de difusão. Podemos também expandir a definição de difusão para a movimentação de um determinado soluto através de uma membrana que separa duas zonas compartimentalizadas na direção da zona em que este soluto encontra-se em maior concentração para a zona de concentração menor. Esse movimento visa atingir o equilíbrio de concentração do soluto entre as duas zonas. Isso ocorre na movimentação de solutos entre os compartimentos, como na passagem de solutos dos vasos sangüíneos para o interstício e deste para o interior celular, seguindo seu gradiente de concentração e passando pelas membranas biológicas (Figura 4). Figura 4: Difusão de solutos entre os compartimentos Outro ponto muito importante de ser entendido é que o movimento de difusão é individual para cada soluto e poderá existir somente quando houver um gradiente (diferença) de concentração desse soluto entre as duas zonas. Vamos então imaginar a seguinte situação: 3

4 Observe dois compartimentos separados por uma membrana. Em ambos lados existe uma solução dos solutos bolinhas e quadradinhos. Admita que ambos compartimentos apresentam o mesmo volume (lembrar: solução = soluto + solvente). Ora, se o volume de solvente é o mesmo, obviamente o compartimento A está mais concentrado de bolinhas que o compartimento B. Considerando que a membrana que separa os dois compartimentos seja permeável ao soluto bolinhas, existirá um fluxo de bolinhas da zona A para zona B com intuito de igualar a concentração de bolinhas em ambos compartimentos. Esse movimento denomina-se difusão (ou difusão simples). Por que isso ocorre? Porque existe uma diferença de concentração de bolinhas entre os compartimentos (ou seja, temos um gradiente de concentração). Entretanto, como a concentração de quadradinhos é a mesma em ambos lados, não ocorre difusão desse soluto. Cada soluto movimenta-se a favor do seu gradiente de concentração, não importando-se com as outras substâncias presentes. Na verdade, a movimentação de soluto ocorre mas com mesma velocidade em ambos sentidos pois o equilíbrio químico é um estado dinâmico. Adequando nossa explicação aos sistemas biológicos podemos imaginar que bolinhas podem representar o oxigênio; o compartimento A é o ar inspirado e B, o interior dos alvéolos. A membrana representa a membrana alveolar. Bolinhas podem ser um nutriente; A pode ser a luz do intestino e B, as células intestinais responsáveis pela absorção. A membrana representa então a membrana celular dos enterócitos. Bolinhas podem ser glicose, A pode representar a circulação capilar e B, as células do interstício que estão necessitando de glicose. Nesse caso, a membrana simula a parede do capilar. Bolinhas podem representar o sódio, A pode ser a luz do túbulo convolto proximal do rim, B pode ser a célula do tubo proximal e novamente a membrana seria a membrana celular. 1.1 Fatores que afetam a difusão Uma observação importantíssima deve ser feita: o movimento de difusão somente ocorrerá se a membrana for permeável ao soluto. A permeabilidade de uma membrana é uma característica inerente à sua estrutura e composição, variando entre os tipos celulares e as espécies. No caso da membrana celular é preciso conhecer sua 4

5 estrutura para poder determinar se um soluto poderia atravessá-la por simples difusão. Quando existe um gradiente de concentração para um determinado soluto e as membranas celulares são permeáveis a esse soluto por simples difusão, ocorre passagem de soluto da zona de maior concentração molar para a de menor. O movimento de simples difusão não requer gasto de energia pois ocorre a favor do gradiente de concentração. Aqui é importante ver o que faz uma molécula ser permeável nas membranas biológicas por simples difusão. Mesmo que a molécula esteja a favor do gradiente de concentração, é necessário ter em vista dois aspectos as características da membrana plasmática e as características da molécula. A membrana é uma estrutura que possui uma bicamada de fosfolipídeos tendo faces hidrofílicas e um interior hidrofóbico, também é um estrutura relativamente compacta possuindo pequenos espaços entre os fosfolipídeos. Portanto, as moléculas serão selecionadas pelo tamanho e pela polaridade, ou seja, moléculas pequenas que consigam passar entre os fosfolipídeos poderão passar a membrana somando ao fato de serem apolares ou sem carga, já que devem passar o interior hidrofóbico. Concluindo, as moléculas pequenas apolares ou polares sem carga conseguem atravessar a membrana por simples difusão, ou seja, a favor do seu gradiente de concentração. Já moléculas grandes, polares e/ou carregadas não conseguem atravessar a membrana por simples difusão obedecendo seu gradiente (Figura 5). Figura 5: figura mostrando os tipos de moléculas que podem passar a membrana e aquelas que não podem passar livremente Dessa maneira, as substâncias que atingem a circulação sanguínea distribuemse por todo volume de plasma disponível e assim viajam a todos pontos do organismo, 5

6 difundindo-se no sangue, posteriormente ao espaço intersticial e por fim aos tecidos e no interior celular. Olhando agora em termos de organismo, as substâncias de caráter menos polar (lipofílicas amigas da gordura) tem uma passagem pelas membranas por simples difusão mais fácil que as substâncias de caráter mais polar (hidrofílicas - amigas da água). No entanto, como os compartimentos do organismo são montados em meio aquoso e interconectados, as substâncias que se dissolvem mais facilmente em água tem uma distribuição mais favorecida pelo organismo. Dessa forma, as substâncias devem possuir uma polaridade intermediária, ou seja, um caráter lipofílico e hidrofílico para o uso terapêutico. A medida do caráter de polaridade de uma determinada molécula é realizada pela determinação do seu coeficiente de partição óleo/água. As substâncias mais lipofílicas possuem uma absorção mais fácil e eliminação mais demorada, pois a excreção pela urina ou outros meios necessita de solubilização em água. No organismo, o fígado metaboliza as substâncias lipofílicas tornando-as hidrofílicas. As substâncias hidrofílicas possuem uma absorção menos facilitada, mas distribuição e eliminação fáceis. A questão do caráter da substância e sua correlação com o perfil de absorção é muitas vezes a etapa limitante no desenvolvimento de novos medicamentos; algumas vezes, para eliminar a necessidade da absorção ao longo de tubo digestivo, outras vias (como a endovenosa ou uma injeção localizada no tecido alvo) são utilizadas. O grau de ionização também é importante, pois os grupamento ionizados atraem água para hidratação, tornando-se maiores em tamanho que a molécula original. O grau de ionização, ou seja as porcentagens de uma molécula que encontram-se na forma ionizada e forma não ionizada dos seus grupamentos é determinada pelo ph do meio. As substâncias de natureza ácida encontram-se menos ionizadas em ph ácido; consequentemente sua absorção é favorecida no estômago ao invés do intestino delgado, por exemplo. A equação de Handerson Hasselbach modificada permite determinar a porcentagem de ionização de uma substância em função do ph. As passagens de um soluto entre os compartimentos depende do grau de ionização, pois os compartimentos tem valores diferentes de ph. Por exemplo, na mucosa gástrica temos ph em torno de 1,0, no plasma ph 7,4 enquanto um tecido inflamado tem um ph em torno de 5,0. Por exemplo, os anestésicos locais são administrados na proximidade do tecido a ser anestesiado, em espaços aquosos do organismo ou superfície da pele. Quando a 6

7 injeção é realizada na proximidade do tecido, a molécula anestésica deverá transitar do liquído intersticial para o axônio do nervo sensor, atravessando o perineuro por simples difusão. Dessa forma, os anestésicos que apresentarem a maior parte de suas moléculas na forma não ionizada no ph do líquido intersticial (7,4) atravessarão a membrana mais facilmente. Quando o tecido está inflamado, o seu ph está mais ácido, propriciando que mais moléculas do anestésico fiquem na forma ionizada, diminuindo a quantidade de substância para o tecido e reduzindo o efeito anestésico. Todos esses parâmetros devem ser levados em conta quando queremos que uma certa substância penetre no sistema nervoso central, por exemplo, pois esse é protegido por uma camada gordurosa denominada barreira hematoencefálica, que inibe a passagem de uma série de substâncias do sangue para o sistema nervoso central. É exatamente por isso que várias moléculas possuem ação em diversos tecidos do organismo, mas não possuem ação ou efeito colateral em nível de SNC. 1.2 Velocidade de difusão (Fluxo) Considerando então os solutos que conseguem atravessar a membrana por simples difusão, podemos verificar que existem vários fatores que influenciam na velocidade dessa difusão através da membrana. Esses fatores são tratados matematicamente pela equação da 1ª Lei de Fick (Adolf Fick, 1855). Portanto, a Primeira Lei de Fick determina a velocidade de difusão dos solutos. Seguindo a expressão: 7

8 A velocidade é dada pelo número de partículas que se movimentam pelo tempo e vários fatores influenciam nessa difusão, afetando a velocidade, logo é levado em consideração fatores como o gradiente de concentração (C), a espessura da membrana (X) e a área transversal (A) (Figura 6). Também o meio que a difusão ocorre e as características moleculares do soluto devem ser considerados. Figura 6: Figura mostrando os fatores que influenciam na difusão Quanto maior a área de superfície disponível, mais rápido o processo acontece. Da mesma forma, quanto menor a espessura da membrana, maior a velocidade de fluxo. Isso ocorre pois as moléculas possuem mais espaço para passar, o que se torna óbvio quando se pensa por exemplo em um cano de água, vai passar um volume maior de água por um cano mais largo do que um cano mais fino. Esses fatores explicam as razões do intestino constitutir o principal sítio absortivo do trato gastrintestinal (em razão de sua grande área). Além disso, a estrutura dos alvéolos possibilita uma área grande, favorecendo a difusão do oxigênio, o que é muito importante em animais de sangue quente com elevada taxa metabólica. Em contrapartida, os anfíbios (animais de sangue frio) possuem um pulmão em forma de saco único, o que é compensado pela respiração cutânea. Os túbulos renais são longos e finos, o que faz com que a taxa de reabsorção de solutos por simples difusão nunca torne-se um fator limitante para o processo. O gradiente de concentração também influencia no processo. Quanto maior o gradiente de concentração, maior será a velocidade de fluxo, pois o gradiente é a força que impulsiona o processo, já que maior número de moléculas vão se movimentar a 8

9 favor do gradiente, pois há um número mais elevado de moléculas em uma região da solução do que na outra, havendo mais moléculas disponíveis para migrar para onde estão em menor número. A espessura da membrana influencia, já que quanto mais fina mais veloz será a difusão, pois é um trajeto menor para o soluto percorrer. Os vasos sanguíneos da região sublingual são numerosos e finos, o que faz com que os fármacos administrados por essa via, como a nitroglicerina, nifedipina, isosorbida, vitamina B12, algumas vacinas, tenham efeito praticamente imediato. Os capilares alveolares também são finos, fazendo com que as substâncias administradas em aerosol (e congêneres) tenham efeito rápido no organismo. A composição do meio influencia no processo. A expressão da influência do meio faz-se através de uma constante, a qual varia para cada ambiente. Por exemplo, a difusão do oxigênio no ar não ocorre na mesma velocidade de difusão do oxigênio do sangue para os tecidos. A massa molecular do soluto também exerce certa influência: quanto menor o tamanho da molécula, maior sua energia cinética e movimentação (movimento Browniano). Isso torna mais rápido o processo. Nesse sentido, quanto maior a temperatura maior será o fluxo, pois a energia térmica influencia a energia cinética das moléculas. Em relação ao estado físico, a difusão é sempre mais rápida em fase gasosa > líquida > sólida. Quanto maior o tempo de contato, maior é a eficiência do processo. Assim permite-se a conclusão da movimentação e estabelecimento do equilíbrio. Ainda pode-se deduzir o coeficiente de permeabilidade da membrana, pela expressão: 9

10 2. Osmose Observe a situação anterior: Considerando que a membrana seja livremente permeável aos solutos, com o passar do tempo, cada soluto se difundiu a favor de seu gradiente e ao final do processo como cada soluto atingiu seu equilíbrio químico, o que faz com que os compartimentos estão com a mesma quantidade total de partículas. No entanto, considere que a membrana que separa os compartimentos não seja permeável a solutos mas seja livremente permeável a solvente. Como poderia atingir-se o equilíbrio nesse sistema, ou seja, como os compartimentos poderiam atingir a mesma concentração total de partículas em ambos lados sem a existência de difusão dos solutos? Uma membrana permeável a solvente mas impermeável a solutos recebe a denominação de membrana semipermeável. As membranas celulares, na realidade, são seletivamente permeáveis, deixando passar livremente moléculas com o tamanho e polaridade adequada e seletivamente alguns solutos por transporte controlado. Enfim, independente das características da membrana, o sistema precisa atingir o estado de equilíbrio, caracterizado pela mesma quantidade de partículas em ambos 10

11 compartimentos. Uma vez que o soluto esteja impedido de se difundir, uma alternativa é utilizar um fluxo de solvente para equilibrar concentrações. Esse fluxo de solvente denomina-se fluxo osmótico de água e esse processo chama-se osmose (na prática é a difusão do solvente). O solvente ou a água no caso também se movimenta a favor de seu gradiente indo para onde tem menos água igualmente por movimentos aelatórios das moléculas. Osmolaridade é a expressão do número total de partículas de soluto de uma solução ou meio. Sendo uma propriedade coligativa das soluções, não depende da natureza química do soluto, mas exclusivamente da quantidade. Para expressar osmolaridade utiliza-se a unidade osmol/l (osm). O solvente sempre movimenta-se livremente através de membranas semipermeáveis sempre da zona de menor quantidade de partículas de soluto (menor osmolaridade) para a zona de maior quantidade de partículas de soluto (maior osmolaridade) consequentemente atingindo o equilíbrio de concentrações por meio de diluição. Observe que no momento inicial, ambas soluções estão com o mesmo volume líquido total. Ao final do processo de osmose, a água passou de B para A com objetivo de diluir A. Assim o nível de solvente em B reduziu e em A aumentou. Ora, com essa variação de volume de solvente, a concentração (concentração = soluto / solvente) de todos solutos igualou-se e consequentemente a concentração total de partículas (osmolaridade) também, atingindo o equilíbrio. Portanto, osmose é o nome dado ao 11

12 processo de trânsito de solvente através de duas zonas compartimentalizadas separadas por uma membrana semipermeável, a qual é permeável a solvente, mas não é permeável a solutos por simples difusão. Podemos então dizer que ambos compartimentos apresentam agora a mesma concentração total de partículas no meio ou seja a mesma osmolaridade. Uma solução 1 osm/l (1 osmol/l ou 1 osmolar) é uma solução que contém 1 mol de partículas em 1 litro de solução. Percebe-se que osmolaridade é a expressão molar de uma quantidade de partículas. Uma solução 2 osmolar contém 2 mol de partículas por Litro de solução. Independendo das partículas serem glicose, frutose, sódio, cálcio, cloreto, ou uma mistura desses solutos. E por que o solvente vai de onde tem uma osmolaridade menor para onde tem uma osmolaridade maior, ou seja, de onte tem menos partículas de soluto para onde tem mais partícula de soluto? Podemos pensar que uma solução com osmolaridade menor do que outra, ou seja, com menor número de partículas de soluto do que outra possui as moléculas de soluto mais livres para se movimentarem do que uma solução com mais moléculas de soluto para interagirem e prenderem mais as moléculas de solvente. Tendo então uma mobilidade maior elas podem se movimentar mais com movimentos aleatórios e ir para onde estão menos móveis e em menor número. Portanto, é o mesmo processo de difusão visto nos solutos, mas agora aplicado ao solvente. Mas ainda uma pergunta: Por que o volume da solução varia na osmose e não na difusão? Pois o solvente é o que está em maior quantidade, existindo um número bem maior de moléculas de solvente do que de soluto, portanto qualquer movimento deste causa variação macroscópica de volume o que não é observado macroscopicamente pela movimentação de soluto. Quando há a movimentação do solvente para onde há maior osmolaridade dizemos que está ocorrendo um fluxo osmótico. Mas por que esse fluxo osmótico cessa em determinado momento? Quando há o fluxo osmótico, o solvente vai para onde está mais concentrado e aumenta o volume dessa solução, se aumenta o volume por aumentar o número de moléculas de solvente vai originar uma pressão hidrostática que vai ser oposta ao fluxo osmótico, de maneira a fazer com que o fluxo cesse (Figura 7). Pressão hidrostática: pressão exercida pelas moléculas de solvente na solução 12

13 Figura 7: Figura mostrando o sentido do fluxo osmótico e a pressão hidrostática se opondo 2.1 Cálculo da osmolaridade de soluções de composição conhecida Para as soluções de composição conhecida podemos calcular a osmolaridade a partir do conhecimento da molaridade dos componentes. Primeiramente é necessário determinar a molaridade de cada componente. Após devemos determinar a osmolaridade de cada componente e por fim, proceder a soma de todas as osmolaridades individuais. Para determinação da osmolaridade multiplica-se a molaridade de cada substância pelo seu fator de dissociação. O que é o fator de dissociação? Algumas substâncias como os sais, ácidos e bases inorgânicos dissociam-se em meio aquoso, gerando um maior número de mol de partículas. Isso deve ser levado em consideração já que a osmolaridade é o número de partículas de soluto que tem na solução, então quando eletrólitos se dissociam geram maior número de partículas de maneira a alterar a osmolaridade quando dissociados. Observe os exemplos da Tabela 1: 13

14 Tabela mostrando o fator de dissociação de algumas substâncias Substância Dissociação Fator de dissociação NaCl 1 NaCl 1 Na Cl - 2 CaCl 2 1 CaCl 2 1 Ca Cl - 3 AlBr 3 1AlBr 3 1 Al Br 4 Glicose (C 6 H 12 O 6 ) Etanol (C 2 H 6 O) 1 Glicose 1 Glicose 1 ( moléculas não dissociam) 1 Etanol 1 Etanol 1 - Como calcular a osmolaridade de uma solução de cloreto de sódio 0,9 %? É necessário determinar primeiramente a molaridade. Uma solução de concentração 0.9 g% possui 0.9 g de NaCl dissolvidos em 100 ml de solução. Uma solução 1 M de NaCl possui, por definição, a massa molar do soluto dissolvida em 1 litro de solução. Ou seja, 58,5 g ( Na=23 + Cl = 35,5) em 1000 ml. Nossa solução de NaCl possui 0,9 g dissolvidos em 100 ml. Logo, em 1000 ml seriam 9 g. Então: Se tivéssemos 58,5 g mol/l (1M) Como temos 9 g x mol/l X= 0,15 M Osmolaridade = Molaridade x fator de dissociação Logo, nossa solução 0,15 M é 0,3 osm. O que isso significa? Em 1 litro dessa solução existe 0,15 mol de íons e 0,15 mol de íons sódio. E também, em 1 litro dessa solução existe 0,3 mols de partículas (no casos os íons Na e Cl). 14

15 - Qual a osmolaridade de uma mistura contendo 0,5 M de frutose e 0,1 M de cloreto de cálcio? Como osmolaridade é uma propriedade coligativa, o importante é apenas quantidade, não identidade. Osmolaridade da frutose 0.5 M = 0,5 x 1 = 0,5 osm Osmolaridade do cloreto de cálcio 0,1 M = 0,1 x 3 = 0,3 osm Logo a osmolaridade da mistura é 0,8 osm. Isso significativa que existem 0,8 mols de partículas em 1 litro dessa mistura. Desses 0,8 mols, 0,5 são de frutose e 0,3 de íons cloreto e cálcio. Uma observação importante: no caso de osmolaridade de ácidos, o número de mols de prótons formados durante a dissociação não deve ser incluído no cálculo, pois esse próton não permanece livre em meio aquoso como partícula, mas associado so solvente formando íon hidrônio. No caso de misturas que envolvam substâncias apolares como os lipídios, também não deve-se considerar sua concentração no cálculo, pois embora estejam organizados em meio aquoso, esses não estão dissolvidos no meio. 2.2 Determinação da osmolaridade de misturas complexas (nas quais não se conhece a quantidade de cada componente) Nesse caso, a determinação é realizada experimentalmente através da determinação da pressão osmótica da solução. Pressão osmótica: é a pressão exercida pelas partículas componentes umas contra as outras e todas contra o ambiente que as contém. É uma propriedade coligativa: quanto maior o número de partículas, maior será a pressão osmótica. Pressão osmótica e osmolaridade são simplesmente formas diferentes para expressar a mesma entidade, que é o número total de partículas de uma solução. No entanto, a melhor maneira de compreender a natureza da pressão osmótica é imaginar um dispositivo montado da seguinte maneira: um tubo de vidro contendo uma solução 15

16 concentrada (em termos de soluto e portanto, de partículas) imerso em um recipiente contendo apenas solvente e na interface entre esses dispositivos, uma membrana sintética que seja permeável a solvente e impermeável a soluto. Nessa situação, o solvente irá entrar no duto de vidro por osmose. Ocorre então uma entrada de solvente, o que eleva o volume de líquido no interior do duto de vidro. A elevação de um volume líquido aumenta a pressão hidrostática do sistema. Quando ocorre a parada da entrada de líquido no interior do duto, o volume líquido do tubo exerce uma pressão hidrostática que é numericamente igual à pressão osmótica da solução. Pois quanto maior o número de partículas de soluto ou seja maior osmolaridade e maior pressão osmótica, vai haver fluxo osmótico aumentando o número de particulas de solvente e consequentemente aumentado a pressão hidrostática sendo esta proporcionalao número de partículas de soluto e igual a pressão exercida por essas partículas, ou seja, igual à pressão osmótica. Se um pistão fosse acoplado ao duto de vidro: quando esse pistão exercesse uma força tal que impeça o movimento osmótico de solvente, essa pressão mecânica (força por área) exercida será numericamente igual a pressão exercida por todas partículas da solução (pressão osmótica) (Figura 8). Figura 8: Figura mostrando como medir a pressão osmótica 16

17 A abordagem do osmômetro demonstra facilmente como utilizar a pressão osmótica para calcular osmolaridade. Esse artifício da variação de volume líquido após o movimento osmótico de solvente permite determinar a osmolaridade de misturas complexas, como os fluidos biológicos (sangue, líquor, leite materno,...), utilizando dispositivos denominados osmômetros. Figura 9: Figura mostrando um osmômetro Imagine um saco constituído por uma membrana impermeável a solutos e livremente permeável ao solvente. A esse saco adapta-se um tubo de vidro e todo conjunto é imerso em um recipiente com solvente. No tempo zero temos um certo nível de líquido no tubo de vidro.para atingir o equilíbrio, o solvente entrará no saco por osmose até a diluição do compartimento. Como o saco está em comunicação com o duto de vidro, ao final do processo um aumento de líquido no interior do compartimento irá refletir em um aumento do nível da coluna de líquido no tubo. Essa coluna de líquido exerce uma pressão e essa pressão hidrostática (pressão exercida por uma carga líquida) é numericamente igual a pressão osmótica da solução. - Pressão hidrostática = elevação da coluna de líquido (Δh) x d (densidade do líquido) x g (aceleração da gravidade) - Pressão osmótica = n x R(constante dos gases) x T(temperatura) / V(volume) Medindo-se a altura de líquido e igualando-se as expressões é possível calcular n/v, o que significa número total de partículas por unidade de volume, ou seja, determinar a osmolaridade. Há muitas décadas, essa abrodagem também permitia a estimativa da massa molecular de proteínas, com base na concentração osmolar e densidade da solução. Dessa forma determinou-se a osmolaridade dos líquidos biológicos, incluindo o plasma humano. A osmolaridade dos fluidos biológicos é 0,3 osm (300 mosm ou ainda 300 mosm/l). Portanto, o plasma humano contém inúmeros componentes (proteínas, enzimas, íons, aminoácidos, hormônios, etc) de forma a possuir 0,3 mol de partículas 17

18 por litro de plasma. Perceba que a concentração molar de cada um dos diversos componentes do plasma é pequena, mas a soma de todos gera 0,3 mol de partícula por litro. No laboratório clínico a osmolaridade plasmática pode ser estimada por uma fórmula simples: 2 x [Na] + [uréia em mmol/l] + [glicose em mmol/l]. 2.3 Pressão oncótica, pressão osmótica e pressão vascular Os íons e pequenas moléculas do plasma exercem uma pressão osmótica, pois contam como partículas, e atraem água para sua hidratação, sendo responsáveis por manter a água no interior dos vasos sanguíneos. O principal íon envolvido na manutenção do volume do líquido extracelular é o sódio, o qual está 30 a 35 vezes mais concentrado no meio extracelular que intracelular e ainda existe um aumento discreto de sódio no vaso sanguíneo em relação ao interstício. Além dessa ação, a albumina também contribui para a constância da carga hídrica do vaso. A pressão oncótica ou coloidosmótica é uma denominação especial para a pressão osmótica exercida pelas proteínas em meio aquoso, as proteínas comportam-se como soluções coloidais e a pressão osmótica exercida pelas soluções coloidais é sempre maior que a pressão osmótica exercida pelas soluções verdadeiras, pois atraem muita água, desta forma possuem uma pressão osmótica e uma pressão de embebição, exatamente por segurarem muita água exercendo uma pressão extra (Figura 10). A albumina, principal proteína sérica, responsável pela manuteção da pressão oncótica no vaso e pelo transporte de ácidos graxos e outras substâncias. A albumina além de constar como partícula no vaso, contribuindo para a osmolaridade plasmática, ainda atrai muita água para hidratação de seus aminoácidos, o que faz com que uma grande carga líquida exista no plasma em função da hidratação da albumina. A pressão exercida pela albumina e sua carga líquida é a pressão oncótica ou coloidosmótica. 18

19 Figura 10: Gráfico mostrando que a pressão oncótica é formada pela pressão osmótica e mais uma pressão de embebição, já que as proteinas acumulam muita água Pressão vascular é o somatório da pressão hidrostática, que é a pressão das moléculas de água contra as paredes do vaso sanguíneo e também um reflexo da força de bombeamento cardíaco, da pressão osmótica e da pressão oncótica. 2.4 Tônus celular O termo tônus celular refere-se às condições de forma e volume de um tipo celular. Dessa forma, soluções que são mais concentradas do que o interior da célula, ou seja, que possuem osmolaridade mais elevada são chamadas de hipertônicas. Logo quando se coloca a célula em uma solução hipertônica, esta vai perder água para solução ficando crenada (murcha). Se a solução for menos concentrada, tendo uma osmolaridade menor do que o interior da célula, esta é chamada de hipotônica. Se a célula for colocada em uma solução hipotônica, esta vai ganhar água da solução e ficar inchada, podendo até ser rompida dependendo de quanto hipotônica for a solução. Sempre é necessário lembrar qual a solução quer possui mais água disponível para se 19

20 movimentar, deste modo sempre irá para onde tem menos água, ou seja para onde tem menos partículas de água e mais partículas de soluto (mais concentrada e com osmolaridade maior). As soluções que não alteram o tônus celular, ou seja soluções isotônicas, são recomendadas para uso endovenoso. Essas soluções possuem a mesma osmolaridade do plasma não causando maior movimentação de água em algum sentido (para dentro ou fora da célula) (Figura 11). Para uma solução ser isotônica é necessário que possua a mesma osmolaridade do plasma ou seja 0,3 osm. No entanto, possuir a mesma osmolaridade do plasma (ser isosmolar ao plasma) não é suficiente para uma solução ser isotônica. Figura 11: Figura mostrando as alterações na forma da célula Mas por que nem sempre uma solução com a mesma osmolaridade da célula, ou seja, isosmolar é uma solução isotônica (que não altera a forma da célula)??? O raciocínio mais lógico é pensar que se há a mesma osmolaridade dentro da célula e na solução não haverá maior migração de solvente e não afetará a forma e volume celular e de fato um requisito para uma solução ser isotônica é também ser isosmolar. Mas a osmolaridade esta relacionada apenas com o número de partículas e não com o tipo de partícula, mas para ser isotônica o tipo de partícula também deve ser considerado e mais uma característica deve ser levada em conta que é a permeabilidade que a partícula possui. Para explicar vamos tomar como exemplo duas soluções: uma solução isosmolar de NaCl e uma solução isosmolar de uréia. 20

21 Colocando-se a célula na solução isosmolar de NaCl o que acontece? Não vai ocorrer alterações na célula, ou seja, é uma solução isotônica e isosmolar (Figura 12). Figura 12: Figura mostrando que não há alterações na célula em uma solução isosmolar de NaCl, mostrando que também é uma solução isotônica E o que ocorre agora se colocarmos a célula em uma solução isosmolar de uréia? Vamos observar que a célula vai romper em pouco tempo (Figura 13). Por que isto ocorre? Pois o soluto, no caso a uréia, se deslocará aumentando a concentração intracelula, ou seja, aumentando a osmolaridade do interior da célula, o que causa o deslocamento da água para dentro da célula. Podemos concluir que a solução de uréia é isosmolar mas não é isotônica, pois alterou a forma da célula, inchando esta até romper, ou seja, se comporta como uma solução hipotônica. Figura 13: Figura mostrando as alterações na célula em uma solução isosmolar de uréia, mostrando que é uma solução isosmolar mas não é isotônica 21

22 Mas ainda fica uma pergunta, por que a solução isosmolar de NaCl é isotônica e a solução isosmolar de ureía não é? Aqui vai a outra condição para uma solução ser isotônica, ela deve ser isosmolar mas não pode entrar na célula por simples difusão, não pode ter entrada livre na célula. Os íons Na + e Cl - e qualquer íon de modo geral ou moléculas com carga, e substâncias grandes e polares como a glicose, frutose... não passam livremente a membrana, tendo um transporte controlado. Já moléculas polares pequenas como a uréia passam livremente a membrana da célula pode simples difusão seguindo seu gradiente de concentração (aqui não confundir, osmolaridade quer dizer o número de partículas qualquer que sejam elas, então em número tem o mesmo número de partículas na solução de uréia e dentro da célula, entretanto, a uréia esta mais concentrada na solução do que dentro da célula, existe mais ureía na solução do que no interior celular, logo, esta segue o seu gradiente de concentração para o interior da célula, já que tem livre entrada). A livre entrada de uréia dentro da célula aumenta a osmolaridade do interior, ficando mais água livre na solução e esta vai também entrar dentro da célula alterado o formato desta, inchando a célula. Como o NaCl possui transporte controlado, não há essa entrada grande de íons para dentro da célula somado ao fato que há dentro da célula esses íons não sendo o gradiente tão grande como no caso da uréia. 2.4 Osmolaridade e volume dos compartimentos TODOS COMPARTIMENTOS DO ORGANISMO POSSUEM A MESMA OSMOLARIDADE, 0,3 osm. Deve ser lembrado que a composição de solutos dos compartimentos é diferente. Dessa forma, para alcançar a mesma concentração osmolar com diferentes quantidades de solutos, é lógico que os compartimentos deverão possuir diferentes volumes. A água movimenta-se livremente entre os compartimentos, pois todos são montados em meio aquoso e interconectados. Mesmo assim, o volume dessas regiões é regulado de maneira homeostática e permanece constante, para manter a mesma osmolaridade em todos. A razão pela qual o volume é mantido constante é a existência da mesma concentração osmolar em todos compartimentos. Torna-se importante 22

23 perceber que qualquer alteração na osmolaridade de um compartimento, irá gerar um deslocamento maior de uma quantidade de água entre esses compartimentos, alterando o volume dos mesmo. Ou seja, a água se desloca em resposta a alterações da osmolaridade. Quando ocorre um aumento ou redução da concentração osmolar de uma região, a água desloca-se da zona de menor osmolaridade para a zona de maior osmolaridade, com objetivo de igualar as concentrações por diluição. Assim sendo, um compartimento reduz de volume e um aumenta. A maioria dos solutos não possui livre passagem pelo organismo, de maneira que as variações de volume acabam por acarretar outras variações em seqüência. Portanto, há constante variação na osmolaridade dos compartimentos pelo fluxo de solutos e solventes, mas são transitórias, protamente reestabelecidas pelo fluxo de água e de solutos. A seguir serão citados alguns exemplos patológicos. Na doença conhecida como intolerância a lactose, a criança recém nascida não possui a enzima lactase em condições funcionais no intestino. Dessa maneira, a lactose, o principal açúcar do leite, não pode ser clivada em seus monossacarídeos, os quais podem ser absorvidos pelas células intestinais. Quando um paciente com esse distúrbio ingere lactose, esse dissacarídeo acumula-se na luz intestinal, aumentando a quantidade de partículas na região e portanto elevando a osmolaridade. Quando essa osmolaridade aumenta, a vizinhança, ou seja, o interstício, doa água para a luz intestinal (Lembrando sempre que a água migra da zona de menor osmolaridade para a de maior osmolariade). Na luz do intestino, essa água distente as alças e causa uma diarréia abundante. Estimase que a pessoa possa perder 1 Litro de água a cada copo de leite contendo 9 g de lactose. A situação agrava-se mais, pois a lactose acumulada no intestino é convertida em ácido lático pelas bactérias intestinais, atraindo ainda mais água para hidratar a sua caga elétrica. O diagnóstico é clínico e o exame laboratorial revela fezes com ph ácido e presença de abundante de açúcares. Na infecção por Vibrio cholera, a toxina secretada pelo vibrião colérico bloqueia a absorção de sódio pelos enterócitos e ainda causa uma secreção de íons cloreto para a luz intestinal. Dessa maneira, aumentando-se a concentração de sódio e cloreto na luz do intestino, a osmolaridade aumenta. Novamente, o intestino doa água em grande quantidade para a luz, causando a diarréia. A cólera é umas das epidemias 23

24 mais antigas da humanidade, possuindo relatos em 500 a.c. Em infecções graves, o paciente pode perder 1 Litro de líquido por hora em uma diarréia abundante e aguada. Os estados de desidratação podem ser caracterizados por diferentes alterações na osmolaridade plasmática, devido a perda maior de solvente, solutos ou equivalente de ambos. É importante entender que a perda de água por qualquer compartimento irá sempre refletir-se em variações da osmolaridade plasmática. Quando perdemos água do interstício por uma diarréia violenta, por exemplo, o intertíscio perde água mas seus solutos permanecem, pois esses não tem passagem livre pelos compartimentos. Assim, a osmolaridade do interstício acaba se elevando e o plasma doa água para o interstício, ficando então com sua osmolaridade elevada. O plasma é o grande doador de líquido nas perdas de volume dos compartimentos e receptor de líquido nas situações de aumento de volume. Dessa forma, independente da via de perda de líquido, quando realizamos a reposição hídrica pela via endovenosa, a osmolaridade plasmática normaliza e com isso o volume dos compartimentos também, pois estes estão interligados e a água flui livremente entre eles, permitindo que o volume dos compartimentos se autoequilibre. As soluções destinadas a administração endovenosa ou ocular devem ser preparadas atendendo alguns critérios referentes a sua osmolaridade. Quando as células que estão no vaso sanguíneo e os compartimentos do organismo entram em contato com uma solução de osmolaridade elevada (rica em solutos), ocorrem alterações de volume. Nessa situação, a água migra do interstício em direção ao vaso e também dos eritrócitos em direção ao plasma, causando a redução do volume dos eritrócitos (um fenômeno denominado crenação; a célula murcha). Como o interstício perdeu água mas não perdeu solutos, a sua osmolaridade também elevou-se e por isso, o tecido adjacente ao interstício doa água e as células reduzem de volume. As soluções de osmolaridade maior que a do plasma capazes de reduzir o volume de um morfotipo celular são denominadas soluções hipertônicas. Quando realiza-se uma injeção de uma solução com osmolaridade menor que a dos plasma humano (pobre em solutos), o plasma sofre uma diluição. Nesse momento, a osmolaridade plasmática reduz e causa movimentação de água em direção ao interstício e ao interior das células sanguíneas, as quais aumentam de volume. Quando o interstício 24

25 recebe essa carga líquida, a sua osmolaridade reduz, causando entrada do excesso de líquido nas células do tecido periférico. Em resumo, se admistrarmos uma solução que tenha a mesma osmolaridade do plasma, ou seja, uma solução isosmolar e/ou isotônica não haverá alteração na movimentação de água entre os compartimentos já que não foi alterada a osmolaridade. Já se for injetada no vaso uma solução mais concentrada e conseqüentemente com osmolaridade maior do que 0,3 osmolar, ou seja, hiperosmolar ou hipertônica, o plasma ficará com a osmolaridade elevada então haverá migração de água do interstício para o vaso, com o objetivo de compensar essa elevação na osmolaridade, entretanto, como o interstício perdeu água vai aumentar sua osmolaridade também então o tecido periférico vai perder água para o interstício. Também haverá redução do volume das hemáceas, ja que vão perder água para o plasma que esta hipertônico. Se colocar uma solução com osmolaridade menor, ou seja, hipotônica ou hiposmolar no vaso o plasma será diluído ficando com osmolaridade reduzida então vai perder água para o interstício para compensar e tentar aumentar a osmolaridade novamente, como o interstício ganhou água também ficará com osmolaridade reduzida e conseqüentemente migrará água deste para o tecido periférico. Também haverá um aumento do volume das hemáceas, podendo haver até rompimento delas, dependendo de qunto hipotônica for a solução. (por isso é muito perigo injetar água pura na corrente sangüínea, pois é extremanten hipotônica e vai levar ao rompimento das hemáceas) É importante ressaltar que sempre um compartimentos tende a compensar alterações na osmolaridade do outro compartimento e sempre a água migra da onde sua pressão hidrostática é maior (onde tem mais água disponível para poder migrar, pois tem menos soluto para interagir) para onde sua pressão hidrostática é menor (onde tem mais partículas de soluto e menos de água). Em doenças degenerativas renais, que causam perda albumina na urina (albuminúria) ou pessoas desnutridas, que não são capazes de sintetizar a proteína (a qual é renovada periodicamente na circulação), a pressão oncótica está reduzida. Dessa forma, reduz-se também a osmolaridade do vaso e a pressão osmótica do ambiente. Dessa forma existirá uma migração de água do vaso para o interstício (por ora mais concentrado que o vaso). Lembre-se que a água que estava ocupada com a hidratação da albumina agora encontra-se livre no plasma. Esse aumento do conteúdo de água livre 25

26 no plasma promove a saída de grande quantidade de líquido da circulação, repercutindo na queda de pressão vascular. O acúmulo de água no interstício denomina-se edema e é por essa razão que as pessoas com problemas renais ou desnutridas apresentam um aspecto inchado. Além do edema, a pressão oncótica reduz, causando uma redução na pressão vascular. 2.5 Soluções para uso endovenoso Então, se qualquer alteração de osmolaridade leva a uma alteração de volume entre compartimentos, que tipo de soluções podem ser usadas diretamente no vaso sanguíneo? Aqui entram as soluções fisiológicas e o que seriam estas soluções? As soluções fisiológicas devem ser: - isosmolares - isotônicas - não tóxicas As soluções fisiológicas mais comuns são a solução de NaCl 0,9% (0,3 M ou 0,3 osmolar) e de glicose 5,4% (0,3 osmolar). Notem que são substâncias não tóxicas, que tem a mesma osmolaridade dos líquidos biológicos e são isotônicas, não alteram a forma e volume celular (pois possuem a mesma osmolaridade e não entrar livremente na célula por simples difusão, posssuem transporte controlado). 3. Diálise A diálise consiste em ter um gradiente de concentração e uma membrana seletivamente permeável, ou seja, consiste de uma membrana que possui poros e só passará por esses poros as partículas que tiverem tamanho adequado, se foram menores que os poros da membrana, a partícula passa e se for maior ficará retida não passando a membrana e essa movimentação é provocada pelo gradiente de concentração. Na prática a membrana dializadora é impermeável a macromoléculas, mas permeável a íon e moléculas do soluto que tiverem tamanho menor do que os poros e partículas do 26

27 solvente, mas retém as partículas coloidais, pois são muito grandes, deixando passar as demais substâncias. Membranas de colódio e celofane são exemplo de membranas dializadoras. Na diálise os princípios da difusão e osmose ocorrem concomitantemente dependendo das características de cada soluto. O método básico consiste em colocar dentro do saco de diálise a solução, fechá-lo o colocar em uma outra solução. É necessário que a solução externa ao saco não contenha os solutos que existam dentro do saco, ou pelo menos não aqueles que queremos retirar de dentro do saco de diálise. Então a separação se dará por tamanho passará as particulas que possuem dimensões adequadas para passar os pelos poros da mebrana dialisante e a movimentação para o líquido externo se dará a favor do gradiente de concentração. Figura 14: Diálise. (a) Uma solução concentrada é separada de um grande volume de solvente por uma membrana de diálise (mostrada como um tubo com nós nas duas extremidades). Apenas as moléculas pequenas podem difundir-se através dos poros na membrana. (b) Em equilíbrio, as concentrações das pequenas moléculas são aproximadamente iguais em ambos os lados da membrana, ao passo que as macromoléculas permanecem dentro do saco de diálise. Para explicar melhor, vamos considerar o exemplo da Figura 14. Há bolinhas azuis e vermelhas. As bolinhas azuis são maiores e as bolinhas vermelhas menores e estão em uma solução dentro do saco fechado. Esse saco é constituído pela membrana dialisante, que possui poros. Então esse saco contendo no seu interior a solução com 27

28 bolinhas azuis e vermelhas é colocado em um recipiente com água ou alguma solução que não contenha bolinhas azuis e vermelhas. Logo estas bolinhas estão mais concentradas dentro do saco do que na solução exterior, então vão se movimentar seguindo seu gradiente de concentração, entratanto as bolinhas azuis são maiores que os poros da membrana então ficam retidas dentro do saco, enquanto as bolinhas vermelhas que são menores consequem passar pelos poros da membrana seguindo seu gradiente de concentração e vão ir para solução externa até igualar as concentrações dentro e fora do saco. Esse procedimento de diálise pode ser utilizado para fazer a separação das bolinhas vermelhas e azuis, no caso as bolinhas azuis poderiam ser uma proteína e as bolinhas vermelhas sais e poderiamos querer separar esta proteina (bolinhas azuis) dos sais (bolinhas vermelhas). Outra possibilidade poderia ser essa solução dentro do saco representar o sangue a água externa uma solução dialisante e as bolinhas azuis representarem proteinas no plasma e as bolinhas vermelhas toxinas a serem removidas. Dentro deste exemplo, podemos passar a falar sobre a hemodiálise. 3.1 Hemodiálise Os rins exercem diferentes e vitais funções para o organismo, tais como: a) realizar a filtração glomerular: o plasma é continuamente filtrado durante o dia no interior dos túbulos renais, onde as substâncias que necessitam permanecer no organismo são então reabsorvidas pelas células tubulares e aquelas que permanecem no interior dos túbulos renais (ou seja, no filtrado glomerular) são encaminhadas para formação da urina. De tal maneira, os rins eliminam as toxinas do plasma, como por exemplo a uréia (produto final do catabolismo dos compostos nitrogenados), a creatinina e o ácido úrico (produto final do metabolismo nitrogenado). b) manter a homeostase hídrica e metálica: os rins regulam a absorção e excreção dos íons no organismo, mantendo o seu perfeito equilíbrio no organismo. Uma vez que a regulação da concentração dos íons, notadamente do sódio, altera a osmolaridade do líquido extracelular, os rins também regulam o volume do líquido extracelular. c) regulação da pressão arterial: se os rins regulam a concentração de íons e solutos e também o volume do líquido extracelular, esses órgãos alteram a pressão osmótica e 28

29 hidrostática vascular, regulando assim a pressão arterial. Além disso, os rins atuam na produção de algumas substâncias com ação nos vasos sanguíneos. d) os rins possuem uma função importante para o metabolismo ósseo pois atuam na homeostase do cálcio e do fósforo e) os rins possuem função hormonal, por exemplo, secretando a eritropoetina, um hormônio envolvido na maturação da série vermelha do sangue na medula óssea. Em pacientes que não possuem os rins funcionais, as funções de filtração glomerular, manutenção da homeostase metálica e hídrica e consequentemente auxílio na manutenção da pressão arterial pode ser obtida por meio das terapias de substituição renal ou terapias dialíticas. Os procedimentos de hemodiálise e diálise peritoneal podem suprir essas funções, temporariamente ou a longo prazo. No entanto, em casos de insuficiência renal crônica, os procedimentos de diálise são utilizados até que o paciente realize transplante renal. Uma série de doenças pode conduzir a quadros de falência renal aguda ou crônica. A falência renal aguda tem início súbito e geralmente é transitória, enquanto a forma crônica dura por muitos anos. Na falência renal aguda o paciente encontra-se apático, com câimbras (em função da perturbação na homeostase do potássio), com edemas periféricos (especialmente nos pés e tornozelos), fragilidade nos ossos, alterações na pressão arterial e hálito com odor de urina (hálito urêmico). A doença renal crônica tem sintomas mais silenciosos e é causada por uma série de patologias, como por exemplo, a nefropatia diabética, glomerulonefrites, pielonefrites, doença hipertensiva por muitos anos, nefropatia intersticial, doença do colágeno e algumas patologias genéticas. Quando a falência dos rins é total, as toxinas, especialmente a uréia, acumulam-se no plasma e os altos níveis plasmáticos de uréia (o que chamamos de uremia) podem gerar um quadro grave conhecido como síndrome urêmica. Os principais sintomas da síndrome urêmica são náuseas, vômitos, insônia, falta de apetite, confusão mental, pele amarelada, hálito urêmico. A função dos rins pode ser avaliada por meio de alguns exames laboratoriais; os mais comuns são a determinação da uréia e da creatinina no sangue do paciente (ver doenças renais). A hemodiálise é o procedimento terapêutico no qual as toxinas são removidas diretamente do sangue do paciente através de uma diálise em um equipamento de 29

30 circuito fechado (Figura 15). Essa terapia tem um custo bastante elevado, pois requer equipamentos, grande volume de solução dialisante, unidade dialisadora descartável e uma equipe de profissionais, como médicos, enfermeiros, técnicos de enfermagem e farmacêuticos. Em um primeiro momento, o profissional da enfermagem seleciona um acesso venoso no paciente, o qual pode ser temporário ou permanente. Os acessos temporários utilizam vasos profundos, selecionados e acessados pelo médico com técnica cirúrgica, como a jugular ou subclávia. Esses acessos destinam-se a situações de emergência ou a pacientes em estado grave. Os acessos menores, com vasos do membro superior, podem ser permanentes (como no caso das fístulas arterio-venosas) e nesse caso, o enfermeiro instrui uma série de cuidados ao paciente. Figura 15: Figura mostrando o procedimento da diálise O procedimento de hemodiálise deve ser realizado 3 a 4 vezes por semana e pode durar de 3 a 6 horas, o que reduz muito a qualidade de vida do paciente. O sangue do paciente entra no equipamento por meio do acesso venoso e é então heparinizado, para evitar a formação de coágulos dentro da máquina. A seguir o sangue alcança a unidade dialisadora, que é formada pela membrana dialisante e é o local em que ocorrem as trocas entre o sangue e a solução dialisante. Após a diálise, o sangue passa 30

31 por uma armadilha que remove eventuais bolhas de ar (para evitar uma embolia no paciente) e retorna ao organismo. A mesma porção de sangue passa várias vezes na unidade dialisadora, pois a passagem acontece de forma bastante rápida. Embora seja rápida, ocorre muitas vezes, garantindo a eficiência do processo. A passagem ocorre de forma lenta para evitar variações bruscas na osmolaridade do plasma e assim prevenir a ocorrência da síndrome do desequilíbrio (Figura 15 e ver hemodiálise). Na hemodiálise a membrana dialisante é uma membrana de natureza sintética formada por uma material de natureza polimérica. Os materiais mais utilizados hoje em dia são as polisulfonas, polimetacrilato e poliacrilonitrila. Antigamente usavam-se membranas de celulose, mas esse material foi abandonado em função de sua natureza trombogênica. Existe uma série de requisitos para os materiais que serão utilizados na confecção de membranas dialisantes: a) possuir um poro de tamanho adequado para filtração e uma densidade de poros adequados. b) não adsorver drogas ou substâncias do plasma em sua superfície c) não disparar a formação de trombos ou seja, não interagir com os fatores de coagulação do plasma d) não interagir com nenhum dos componentes do plasma e) possuir uma resistência hidráulica adequada ao processo As membranas dialisantes podem ser organizadas em dois tipos de unidades dialisadoras: o módulo de membranas paralelas e o módulo de fibras ocas. O módulo de fibras ocas é um tubo composto por milhares de tubos capilares em que a membrana dialisante é o material utilizado para confeccionar esses capilares. Uma vez que o módulo de fibras ocas oferece maior área de superfície ao processo, a velocidade de remoção de solutos do plasma torna-se maior, segundo a primeira lei de Fick. Os módulos de membranas paralelas não são utilizados hoje em dia, mas eram bandejas compostas pela membrana dialisante, separando um compartimento contendo o sangue e o outro, contendo a solução dialisante. Nos módulos de fibras ocas, o sangue percorre o interior dos tubos capilares e a solução dialisante circula no exterior desses capilares em sentido contrário. A solução dialisante passa uma única vez na máquina e é então desprezada. 31

32 A renovação da solução dialisante é importante para manter elevado o gradiente de concentração dos solutos entre o plasma do paciente e a solução dialisante, considerando que segundo a primeira Lei de Fick, quanto maior o gradiente de concentração de um soluto, maior será a sua velocidade de fluxo por uma membrana por simples difusão. A diálise é um processo de difusão seletiva em que utiliza-se uma solução dialisante que cria um gradiente de concentração para as substâncias que queremos movimentar por simples difusão. Ou seja, na solução dialisante da hemodiálise não deverá haver nem uréia, nem creatinina, nem ácido úrico... toxinas do plasma. Dessa maneira, haverá um gradiente de concentração e essas substâncias passarão por simples difusão, da circulação do paciente para a solução dialisante e serão descartadas juntamente com a solução dialisante. No entanto, na circulação existe uma série de substâncias que não podem deixar o plasma; para essas substâncias deveremos ter, na solução dialisante, a mesma concentração molar do plasma humano (Figura 16). Dessa forma, não haverá ganho nem perda desses solutos do plasma durante o processo. Figura 16: Quadro comparando a composição do plasma com a solução dialisante, notem que as concentrações de eletrólitos e partículas que podem passar a membrana é relativamente igual entretanto a solução dialisante não possui as toxinhas que devem ser removidas do sangue, mantendo assim um gradiente de concentração elevado 32

33 Se caso fosse colocado soro fisiológico ao invés da solução dialisadora o que poderia ocorrer? Iria formar um gradiente de concentração com os eletrólitos, a glicose, e outras moléculas pequenas do plasma que não devem ser removidas, então o paciente iria perder essas moléculas para solução por difusão. Na hemodiálise a separação ocorre apenas por tamanho do soluto; aqueles que são menores que o poro da membrana dialisante conseguem transitar pela membrana por simples difusão. Por sorte, os catabólitos do plasma são moléculas pequenas, assim como os íons e outros solutos importantes que não podemos perder (Uréia:60 dáltons; creatinina 113 dáltons). As proteínas, sendo macromoléculas, não conseguem passar pela membrana dialisante. Existe uma proteína que acumula-se em pacientes com os rins não funcionais: a -2-microglobulina, a qual não pode ser removida durante a hemodiálise e acumula-se a vida toda no organismo. Com o passar do tempo, essa proteína acaba cristalizando nas articulações, levando a problemas na movimentação. É importante salientar que a medida que o tamanho de um soluto diminui, maior é a sua agitação no espaço (movimento Browniano) e portanto, esse soluto colide um número muito maior de vezes com a membrana dialisante, acabando por ter uma alta velocidade de fluxo pela membrana por simples difusão. A hemodiálise também remove o excesso de líquido acumulado na circulação de pacientes renais crônicos. No passado essa remoção de excesso de líquido da circulação era realizada com uso de uma solução dialisante levemente hipertônica (preparada com um excesso de glicose), removendo a água por pressão osmótica. Atualmente, a solução dialisante é obrigatoriamente isotônica ao plasma humano, para impedir variações na volemia do paciente, e o excesso de líquido é removido por meio da aplicação de uma pressão mecânica controlada pelo equipamento no compartimento do sangue, forçando assim um extravasamento de água para fora desse compartimento. Nos procedimentos mais antigos de hemodiálise, ocorria uma saída muito rápida das toxinas do plasma, de maneira que a osmolaridade plasmática do paciente decrescia rapidamente. Nessa situação, a água migraria do plasma para o interstício, que tornou-se uma região com osmolaridade relativamente maior que a do plasma. Esse acúmulo de líquido na região do crânio comprime o tecido nervoso contra a caixa craniana, causando dor de cabeça, convulsões e arritmias. Esse quadro é denominado 33

34 Síndrome do desequilíbrio. Atualmente, a remoção das toxinas ocorre de forma lenta e gradual, razão pela qual os procedimentos de hemodiálise duram de 4 a 6 horas. 3.2 Diálise Peritoneal A diálise peritoneal é um procedimento dialítico que utiliza o peritônio como membrana filtrante. É mais barato que a hemodiálise, mas recomendado somente para casos menos graves. Esse procedimento permite uma maior qualidade de vida ao paciente, mas só pode ser aplicado a pacientes com um rigoroso nível de higiene e grau de instrução. Na diálise peritonial o paciente recebe um cateter plástico, flexível e indolor posicionado na região da cavidade peritoneal e com uma abertura controlada para o meio externo. A função desse cateter é permitir a entrada e saída da solução dialisante. O paciente conecta uma bolsa contendo a solução dialisante no cateter e por diferença de gravidade, a solução penetra na cavidade peritoneal. Após isso, o paciente desconecta a bolsa e realiza suas tarefas cotidianas. Após algumas horas, geralmente 4 a 6, o paciente conecta uma bolsa vazia no cateter e, novamente, por diferença de gravidade, a solução sai da cavidade peritoneal, carregando consigo as toxinas do plasma. A diálise acontece enquanto a solução está presente na cavidade abdominal e a membrana dialisante é o peritônio (Figura 17, ver diálise peritoneal). Figura 17: Figura representando a diálise peritoneal 34

35 É importante considerar que o peritônio é uma membrana dialisante de natureza biológica, ou seja, a separação de solutos ocorre por tamanho, polaridade e presença de carga, como na membrana plasmática. Uma vez que as membranas dialisantes são diferentes na hemodiálise e na diálise peritonial, as soluções dialisantes também apresentam requisições diferenciadas. Na solução dialisante para diálise peritonial não há necessidade de existir todos componentes importantes do plasma na mesma concentração molar, pois os íons, açúcares e aminoácidos não atravessam as membranas biológicas por simples difusão, mesmo havendo gradiente de concentração. E as toxinas do plasma, por sorte, atravessam as membranas biológicas por simples difusão. A diálise peritoneal pode ser realizada com soro fisiológico ou soro glicosado inclusive, enquanto essas alternativas são impossíveis para a hemodiálise. Na hemodiálise, o farmacêutico prepara a solução dialisante no momento do uso, misturando 2 pré-soluções. Também devemos considerar o fato que o volume de solução dialisante que pode ser infundido varia de acordo com o tamanho e massa do paciente. Antes da infusão recomenda-se aquecer a solução no microondas ou sob luz para propiciar mais conforto ao organismo (que está a 37ºC). A principal desvantagem e grande risco da diálise peritoneal é a infecção de toda cavidade peritoneal, um quadro grave conhecido como peritonite. Essa infecção pode acontecer se a higiene e cuidado não forem extremamente rigorosos, de maneira que o paciente deve sempre manusear o cateter com cuidado e assepsia. Além disso, o paciente deve observar a solução dialisante após sua saída para verificar a presença de sangue, de fibrina, e principalmente a coloração e turvação, os quais são sinais do início de infecção. A diálise peritonial também pode remover o excesso de líquido do organismo com o emprego de solução dialisante levemente hipertônica. Nesse caso, a remoção ocorrerá por diferença de pressão osmótica. Quando o paciente encontra-se desidratado, a administração de uma solução hipotônica pode ajudar a restaurar o volume hídrico corporal. Existem inúmeras vantagens para essa terapia diálitica: maior qualidade de vida para o paciente; maior eficácia na regulação da pressão arterial, pois o excesso de líquido é removido diariamente; menor incidência de anemia, pois permite uma dieta 35

36 mais flexível e não existe exposição de sangue, pois a diálise ocorre internamente; não necessita de punções. Os procedimentos de diálise peritonial podem ser classificados em dois tipos: a diálise peritonial ambulatorial contínua e a diálise peritonial automatizada. No primeiro tipo, o paciente manipula as bolsas; no segundo tipo, um equipamento faz a infusão e a drenagem da solução dialisante. No tipo automatizado o risco de infecções é menor, pois o paciente tem menor contato com o cateter; o controle do volume infundido e drenado é mais rigoroso, assim como do tempo de contato; permite a infusão de pequenos e grandes volumes, o que é importante na pediatria e em pacientes com distúrbios da cavidade abdominal. Em pacientes que realizam o processo por muitas horas sem parada, o equipamento permanece continuamente em uso. A água para preparo das soluções dialisantes é purificada por um processo denominado osmose reversa, o qual produz água ultrapura, estéril e apirogênica. 36

37 Referências: VOET, D., VOET, J., PRATT, C.W. Fundamentos de Bioquímica, Artes Médicas Sul, Porto Alegre, (NRB ) AIRES, Margarida de Mello. Fisiologia. 3ª Edição. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara Koogan, (NRB ) GARCIA, E. A. C. Biofísica. São Paulo, Sarvier, (NRB ) GUYTON, A. C. Tratado de Fisiologia Médica. 11 a Edição, Rio de Janeiro, Elsevier (NRB ) HENEINE, I. F. Biofísica Básica. 2 a edição, Atheneu, Rio de Janeiro, (NRB ) NELSON, D. L. & COX, M. Lehninger Princípios de Bioquímica. São Paulo: Sarvier, 4ª Edição, (NRB ) 37