Acido Base

Equilíbrio ácido-base

Definição de Bronstead ●

Um ácido é um doador de prótons ■ HA

●

H+ + A-

Uma base é um aceptor de prótons ■B

+ H+

BH+

Solução Aquosa ●

H2O + H2O

●

Um ácido é um doador de H+ ■ HA

●

H3O+ + OHH+ + A-

Uma base é doadora de OH■ BOH

B+ + OH-

Concentração de H pH = -log [H+] ● Valor Normal ●

■ pH

= 7.40 ■ [H+] = 40 nmol/L ●

Comparação com outros solutos ■ [Na+] = ■ [K+]

140 mmol/L

= 4 mmol/L

■ [HCO3-]

= 25 mmol/L

+

Lei da Ação das Massas ●

H+ + A-

HA ■ v1

= k1 [HA]

■ v2

= k2 [H+][A-]

■ No

●

equilíbrio v1 = v2 +

-

k1 [HA] = k2 [H ][A ]

Equação de Dissociação ●

●

k1 k2

-

[H ][A ] = [HA] +

-

[H ][A ] Ka = [HA] +

●

-

k1 [HA] = k2 [H ][A ] +

Equação Henderson-Hasselbalch -

[H ][A ] ● Ka = [HA] +

-

[A ] ● log Ka = log [H+] + log [HA] -

[A ] ● -log [H+] = - log Ka + log [HA] [A ] ● pH = pKa + log [HA]

Tampões Solutos em soluções aquosas que são capazes de captar ou metabolizar íons H+ o que acarreta em diminuição depH ● Tampões fisiológicos ●

■ hemoglobina ■ Proteínas

plasmáticas ■ Compostos Fosfato ■ bicarbonato/ácido carbônico

Papel do Tampão na manutenção do pH Adição de 5 mM de HCl por litro ●

Sistema não tamponado pH = 7.0

pH = 2.3 [H+] = 0.005 M

Papel do Tampão na manutenção do pH Adição de 5 mM de HCl por litro ●

Sistema tamponado ( HB pKa=7.0)

+

-

H +B ;

pH = 7.0 [HB] = 25 mM

pH = 6.82 [HB] = 30 mM

[B-] = 25 mM

[B-] = 20 mM

Curvas Pareadas - Ácido-Base HCO3-

Lactate

pKa=3.9

Lactic Acid 2

pKa=6.1

pKa=6.8

H2PO4-

H2CO3 4

HPO4=

6

pH

NH3

pKa=9.4

NH4+ 8

10

12

Princípio isohídrico ●

A razão entre a forma não-dissociada e dissociada para qualquer tampão é dependente somente do pH e do pKa para o tampão pareado

●

Todos os tampões no organismo estão em equilíbrio Uma mudança na razão em qualquer par de tampão reflete em todos os tampões corporais

●

Tamponamento para uma Carga Ácida

57% Tampão Intracelular

36%

15% 6% 43% Tampão Extracelular

Na+

K+

H+

H+

H+, Cl- co-uptake HCO3- + H+

42%

H2CO3

1%

H20 + CO2 Pr + H+ HPr -

Tamponamento para uma Carga Alcalina 32% Tampão Intracelular

68% Tampão Extracelular

2%

Cl-

HCO3-

26%

H+

Na +

4%

Ácidos Orgânicos

67%

HCO3Retenção no LEC

1%

HPr

Pr- + H+

Sistema Tampão – Ácido Carbônico - Bicarbonato ●

●

H2O + CO2 Ka =

CA

H2CO3

H + HCO3 +

[H+][HCO3- ] [CO2] 3

●

pH = pKa + log

[HCO ] [CO2] [HCO3 ]

●

pH = 6.1 + log

0.03 x PCO2

-

Sistema Tampão – Ácido Carbônico - Bicarbonato ●

Sistema de Tampão aberto ■ PCO2

determinado pela ventilação alveolar -

■ [HCO3 ]

●

regulado pelo rim

Eficiência como tampão muito maior do que seria esperado para o pKa of 6.1

Papel de Tamponamento para Manutenção do pH Adição de 5 mM de HCl por litro ● Sistema fechado pH = 7.40

pH = 6.59

[HCO3-]=24

[HCO3-]=19

PCO2=40

PCO2 =207

[H2CO3]=1.2

[H2CO3]=6.2

Papel de Tamponamento para Manutenção do pH Adição de 5 mM de HCl por litro ●

Sistema Aberto pH = 7.40

pH = 7.34

[HCO3-]=24

[HCO3-]=19

PCO2 =40

PCO2 =36.5

[H2CO3]=1.2

[H2CO3]=1.1

Excreção Diária de Ácido ●

Ácido Volátil: 15.000 mmol/dia ■ Metabolismo

oxidativo de carboidratos, gorduras e proteínas produzindo CO2

●

Ácido Fixo: 1 mmol/kg/dia ■ Oxidação

de grupos sulfídricos formando H2SO4 ■ Hidrólise de fosfoproteínas, fosfolipídeos e ácidos nucleícos formando H3PO4 ■ Metabolismo incompleto de carboidratos, gorduras e proteínas formando ácido orgânicos

Homeostase Renal - Ácido-Base ●

Reabsorção do bicarbonato filtrado ■ 4.500

mmol de HCO3 é filtrado no glomérulo

■ Reabsorção

●

no TCP

Geração de bicarbonato perdido através do tamponamento de ácidos fixos ■ Secreção

distal de hidrogênio ■ Geração de amônia

Homeostase – Ácido-Base: TCP Apical

Basolateral +

-

HCO3 H H2CO3 CA

CO2 + H2O

+

Na+ H

HCO3H2CO3 CA

CO2 + H2O

Na+ 3 HCO3-

Bicarbonate (mM/100 mL GFR)

Reabsorção Tubular de Bicarbonato 3.0

Filtrado Reabsorvido

2.0

1.0

Excretado

10

15

20 25 30 35 Serum Bicarbonate (mmol/L)

40

Reabsorção Proximal TCP de HCO3●

Fatores estimulatórios ■ ■ ■ ■ ■

Depleção volume Depleção de cloretos acidose hipocalemia hipercapnia

●

Fatores inibitórios ■ ■ ■ ■

Expansão de volume alcalose hipercalemia hipocapnia

Homeostase – Ácido-Base: Ducto coletor Apical

Basolateral

Principal Cell

Na+ K

3 Na+ 2 K+

+

K+ Intercalated Cell + H Buffer -

H+

HCO3CA

H-Buffer

CO2 + H2O

HCO 3 Cl

Secreção Distal de H ●

+

Fatores estimulatórios ■ Aumento

da carga de sódio distal ■ Efeito do excesso de mineralocorticóides ●

Fatores inibitórios ■ Diminuição

da carga de sódio distal ■ hipoaldosteronismo ■ Deficiência de tampão urinário

Tampões Urinários ●

Ácidos ■ fosfato ■ sulfatos ■ Íons

orgânicos

Íon amônia ● Bicarbonato ●

Excreção de Amônia ●

Síntese no TCP ■ Estimulado

por

– acidose – hipocalemia ■ Inibido

por

– alcalose – hipercalemia

Reciclagem medular ● Permanência no ducto coletor ●

■ dependente

da secreção de H+ e pH luminal

Homesostase – Ácido-Base: gênese de amônia Apical

Túbulo Proximal

Basolateral

Glutamina 2 NH4+ 2 NH3 + + 2H

2 NH4+

2 H+

αKG= Glucose or CO2

2 CO2 + 2 H2O

2 HCO3-

2 HCO3-

Arraste/aprisionamento de Amônia para a Medula Alça de Henle

Na+ K+ (NH4+) 2 Cl-

Ducto Coletor

H+ + NH3

H+ + NH3

NH4+

NH4+

HCO3CO2 + H2 O

Arraste/aprisionamento de Amônia para a Medula ●

+

NH4 é atraído/aprisionamento para o ducto coletor pelo gradiente de pH entre o ducto coletor e o interstício

pH Urina

7.0

6.5

6.0

5.5

5.0

[NH4+]MCD: [NH4+]Interstício

1:1

3:1

10:1

30:1 100:1

+ 4

Relação entre Excreção de NH pH da Urina

NH4+ Excreção

Acidose

Normal

5

6

pH

7

8

Manipulação Renal da Amônia NH4+(240 mmol)

80 mmol

HCO3NH4+(120 mmol) Glutamina

112 mmol

48 mmol

NH4+ 240 mmol

Balanço da secreção de H

+

●

UH+V = UTAV + UNH4+V - UHCO3-V ■ Ácidos

: 30-50 mmol/dia ■ NH4+: 30-50 mmol/dia ■ HCO3-: ■ Free

não mensurado

H+: não mensurado

Terminologia – Disfunções do Equilíbrio Ácido-Base ●

Acidose ■

●

Alcalose ■

●

Processo que leva a um aumento do pH sangüíneo

Acidemia ■

●

Processo que leva a uma diminuição do pH sangüíneo

arterial blood pH < 7.36

Alcalemia ■

arterial blood pH > 7.44

Terminologia – Disfunções do Equilíbrio Ácido-Base ●

Compensação ■ As

alterações fisiológicas do metabolismo renal e respiratório para retornar ao pH normal em resposta a uma acidose ou alcalose primária

Terminologia – Disfunções do Equilíbrio Ácido-Base ●

Distúrbio Simples ■ Somente

um processo ácido-base e sua compensação é esperada

●

Distúrbio Conjunto/Complexo ■ Dois

ou mais distúrbios ácido-base primário estão presentes. O pH do sangue arterial vai depender da direção e magnitude do distúrbio

Distúrbios Simples Processo primário

Compensação

Acidose metabólica

[HCO3]

pCO2

Alcalose metabólica

[HCO3]

pCO2

Acidose respiratória

pCO2

[HCO3]

Alcalose respiratória

pCO2

[HCO3]

Acidose Metabólica ●

Hipercloremico (normal anion gap) ■ Desequilíbrio

na excreção de ácidos ■ Aumento da perda de bicarbonato ■ Ganho de íons hidrogênio ●

Anion gap

Anion Gap AG = [Na+] - [Cl-] - [HCO3-] ● Valor Normal: 10 ± 2 mmol/L ● Principais ânions ●

■ albumina ■ fosfatos ■ sulfatos ■ Ânions

orgânico

Anion Gap ACIDOSE METABÓLICA HIpercloremia Alto Anion Gap

NORMAL AG HCO3 Na+

AG HCO3-

-

Na+ Cl-

AG HCO3Na+

Cl-

Cl-

Causas de aumento do Anion Gap na Acidose Metabólica Tipos ● ● ● ● ●

Cetoacidose diabética Acidose alcoólica Acidose láctica Falência renal Toxinas ■ metanol ■ etilenoglicol ■ salicilato ■ paraldeído

Aumento de ânions β−hidroxibutirato, acetoacetato β−hidroxibutirato, acetoacetato, lactato lactato fosfato, sulfato, ânions orgânicos oxalato, glycolato Corpos cetônicos, lactato, salicilato Ânions orgânicos

Causas de aumento do Anion Gap Acidose Metabólico: Acidose Láctica ●

Increased tissue lactate production ■ congenital

defects ■ tissue hypoxia ■ enhanced metabolic rate ●

Decreased lactate utilization ■ hypoperfusion ■ liver

disease ■ ethanol intoxication

Causes of Hyperchloremic Metabolic Acidosis ●

Impaired renal acid excretion ■ renal

failure ■ classic distal RTA (type I) ■ hyperkalemic distal RTA (type IV) ●

Renal bicarbonate loss ■ proximal RTA (type II) ■ carbonic anhydrase inhibitors ■ therapy of diabetic ketoacidosis

Causes of Hyperchloremic Metabolic Acidosis ●

Gastrointestinal bicarbonate loss ■ diarrhea ■ pancreatic drainage ■ ureteral diversion

●

Acid gain ■ hyperalimentation fluids ■ ammonium chloride ingestion

Renal Tubular Acidosis Proximal RTA (Type II) ●

defect in proximal tubular bicarbonate reabsorption ■ Fanconi

syndrome ■ isolated defect ■ Iatrogenic

Bicarbonate (mM/100 mL GFR)

Proximal Renal Tubular Acidosis 3.0 Normal

2.0 Proximal RTA

1.0

10

15

20 25 30 35 Serum Bicarbonate (mmol/L)

40

Renal Tubular Acidosis Distal RTA (Type I) ●

defect in distal tubular H+-gradient ■ impaired

H+ ion secretion

– impaired H+-ATPase function – defective bicarbonate/chloride exchanger – defective cytosolic carbonic anhydrase ■ back-leak

of H+ ion

Distal Renal Tubular Acidosis Basolateral

Principal Cell

Apical

Na+ K

3 Na+ 2 K+

+

K+ Intercalated Cell

H+

H+

HCO3CA

CO2 + H2O

HCO 3 Cl

Renal Tubular Acidosis Hyperkalemic Distal RTA (Type IV) ●

Aldosterone deficiency/resistance ■ hyperkalemia ■ impaired

ammoniagenesis ■ maximal urinary acidification ●

Voltage-dependent defect in H+ secretion ■ hyperkalemia ■ impaired

urinary acidification

Metabolic Acidosis of Renal Failure ●

Early (Hyperchloremic) ■ urinary

buffer deficiency due to impaired ammoniagenesis ■ urinary acidification preserved ■ normal renin/aldosterone axis ■ may be accompanied by hyperkalemia ●

Late (Increased Anion Gap) ■ retention

anions

of phosphates, sulfates and organic

Urine Anion Gap ●

UAG = (UNa + UK) - UCl

●

In the setting of acidemia, urinary ammonium production should be stimulated and the UAG should be < 0 ■ non-renal

acidosis: UAG < 0 ■ renal acidosis: UAG > 0

Metabolic Acidosis: Compensation ● Winters’

formula

pCO2 = 1.5 x [HCO3-] + 8 ± 2

Metabolic Acidosis: Treatment Treat underlying cause ● Alkali replacement ●

■ Acute

metabolic acidosis

– indicated when is pH less than ~7.15 – goal is to raise serum [HCO3] to ~15mmol/L – bicarbonate dose = 0.5 x BW (kg) x{[HCO3]desired - [HCO3]actual} ■ Chronic

metabolic acidosis

– goal of treatment is to prevent long term sequelae – serum [HCO3] should be normalized

Metabolic Alkalosis Generation Maintenance

Metabolic Alkalosis: Generation ●

Acid loss ■ renal

acid losses

– diuretic therapy – mineralocorticoid excess – Cushing’s syndrome – severe potassium depletion – Bartter’s syndrome – Liddle’s syndrome

■ gastrointestinal

losses – gastric acid loss – chloride diarrhea

Metabolic Alkalosis: Generation ●

Alkali gain ■ bicarbonate

administration ■ milk alkali syndrome ■ infusion of organic anions – citrate – acetate – lactate ■ rapid

correction of chronic hypercapnia

Metabolic Alkalosis: Maintenance ●

Decreased GFR ■ decreased

EABV ■ renal failure ●

-

Increased proximal HCO3 reabsorption ■ decreased

EABV ■ chloride depletion ●

Increased distal tubular H+ secretion ■ mineralocorticoid ■ hypokalemia

excess

Metabolic Alkalosis: Treatment ●

Saline responsive ■ intravascular

volume expansion with normal

saline ■ potassium repletion ●

Saline resistant ■ potassium

repletion ■ mineralocorticoid antagonists ■ acetazolamide

Respiratory Acidosis Impaired alveolar gas exchange ● Obstructive airway disease ● Disorders of the respiratory muscles and chest wall ● Inhibition of medullary respiratory center ●

Respiratory Alkalosis Hypoxemia ● Pulmonary disease ● Stimulation of the medullary respiratory center ● Mechanical ventilation ●

Diagnosis of Acid Base Disorders Consider the history ● Look for clues on physical exam ● Examine the electrolytes ●

■ tCO2 ■ Potassium ■ Anion

Gap

Review other laboratory data ● Analyze the arterial blood gas ●

Acid-Base Map 6

9

12 15

21

7.0

[HCO3-] 24 (mmol/L) 27

7.1

30 33

Normal

7.2

39 45 51 57 66 75

Acidosis Metabolic Acute Resp Chronic Resp

7.3 pH

18

7.4 7.5 7.7 8.0 8.5

Alkalosis Metabolic Acute Resp Chronic Resp

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 PCO (mm Hg) Goldberg MS et al: 2

JAMA 1973; 223:269