Interpretação da Gasometria Arterial Flashcards
pH de uma solução
Como se originam as bases e os ácidos de uma solução?
A molécula de água (H2O) é capaz de se dissociar em dois componentes: o H+ (íon hidrogênio ou próton) e o OH- (íon hidroxila), na seguinte reação química: H2O ↔ H+ + OH-.
O número de íons H+ e OH- é infinitamente pequeno em relação ao número de moléculas de H2O. Portanto, as concentrações desses íons são extremamente diminutas em uma solução aquosa pura. A concentração de H+ iguala-se à concentração de OH, ambas situando-se em 0,0000001 Mol/L ou 10-7 Mol/L. Convertendo- -se esse valor para a unidade mEq/L (aquela utilizada na mensuração dos eletrólitos séricos), seria de 0,0001 mEq/L ou 10-4 mEq/L.
As soluções aquosas, entretanto, normalmente não são puras, contendo uma série de substâncias químicas diluídas. Algumas dessas substâncias podem liberar quantidades excedentes de H+ ou OH- no meio aquoso, alterando as concentrações desses elementos.
pH de uma solução
O que é e qual a importância da constante de dissociação da água?
É de fundamental importância a compreensão de que as concentrações de H+ e de OH- são interdependentes. Quando uma está baixa, a outra se encontra proporcionalmente alta e vice-versa. O motivo é a existência de um equilíbrio químico da reação H2O ↔ H+ + OH-, em que o produto [H+] x [OH-] é uma constante, igual a 10-14, para as concentrações dadas em Mol/L. Esta é a constante de dissociação da água. Devemos considerar, portanto, que [H+] x [OH-] = 10-14. Em qualquer solução, dada a concentração de H+, podemos concluir a concentração de OH- e vice-versa. Por exemplo, se [H+] = 10-3 Mol/L, logo concluímos que [OH-] = 10-11 Mol/L, pois 10-3 x 10-11 = 10-14.
pH de uma solução
Acidez vs Alcalinidade
Acidez é a concentração de íons H+ de uma solução aquosa.
Alcalinidade é a concentração de íons OHde uma solução aquosa.
pH de uma solução
Definição de pH
Em vez de trabalhar com números decimaisb muito pequenos, como 0,0000001 ou 10-7, podemos transformá-los em números inteiros.
Para transformar números decimais em números inteiros, utiliza-se a função matemática cologaritmo ou logaritmo negativo. Representa- se logaritmo pela sigla log. Pela propriedade, afirmamos que - log 10-n = n, isto é, o logaritmo negativo (ou cologaritmo) de 10-n é igual a um número inteiro. Surgem, então, o pH e o pOH.
Definição de pH: É o logaritmo negativo da concentração de H+, em Mol/L. pH = - log [H+]. Logo, se a concentração de H+ for de 10-7 Mol/L, o pH será: - log 10-7 = 7,00. Se a concentração de H+ for de 10-3 Mol/L, o pH será 3,00, e assim por diante. É importante observar que o número 10-3 (0,001) é maior que o número 10-7 (0,0000001). Portanto, uma solução com concentração de H+ de 10-3 é mais ácida do que uma solução com uma concentração de H+ de 10-7. O pH da primeira é 3,00 e o da segunda é 7,00. A conclusão é que, quanto menor o pH, mais ácida é a solução, pois, quanto menor o pH, maior a concentração de H+ no meio.
pH de uma solução
Definição de pOH
A definição de pOH é análoga à definição de pH. pOH = - log [OH-]. Os valores do pH e do pOH são interdependentes. O somatório dos dois é igual a 14, isto é, pH + pOH = 14. Esta fórmula, na verdade, representa o cologaritmo da fórmula: [H+] x [OH-] = 10-14. Se o pH da solução for de 3,00, logo o pOH será de 11,00, pois 3 + 11 = 14.
pH de uma solução
SOLUÇÃO NEUTRA
SOLUÇÃO ÁCIDA
SOLUÇÃO ALCALINA
SOLUÇÃO NEUTRA: É uma solução com pH = 7,00 ou [H+] = 10-7 Mol/L. Esta solução é a água destilada. Na solução neutra a concentração de H+ iguala-se à concentração de OH-.
SOLUÇÃO ÁCIDA: É uma solução com pH < 7,00 ou [H+] > 10-7 Mol/L. Nesta solução, a concentração de H+ é maior do que a concentração de OH-.
SOLUÇÃO ALCALINA: É uma solução com pH > 7,00 ou [H+] < 10-7 Mol/L. Nesta solução, a concentração de OH- é maior do que a concentração de H+.
Uma observação importante em relação ao pH é que uma pequena variação sua pode significar uma grande variação da concentração de H+, pois a escala do pH é logarítmica. Por exemplo, se o pH cai de 7,00 para 5,00, a queda foi de apenas 2 pontos, contudo significa que a concentração de H+ aumentou 100 vezes (2 pontos da escala log).
ÁCIDOS E BASES
O que é um ácido?
Exemplos de 2 ácidos
Ácido é uma substância química que, quando adicionada à solução aquosa, libera íons H+ ou consome íons OH-.
Como exemplos clássicos de ácidos, temos o ácido clorídrico (HCl) e o ácido sulfúrico (H2SO4). Quando estas substâncias são diluídas em uma solução aquosa, sofrem as seguintes reações químicas:
HCl → H+ + Cl- (cloreto)
H2SO4 → 2H+ + SO4-2 (sulfato)
ÁCIDOS E BASES
O que é uma base?
Base é uma substância química que, quando adicionada à solução aquosa, libera íons OH- ou consome íons H+.
Como exemplos clássicos de bases, temos o hidróxido de sódio (soda cáustica) e o hidróxido de cálcio (cal). Quando estas substâncias são diluídas em uma solução aquosa, sofrem as seguintes reações químicas:
NaOH → Na+ + OH-
Ca(OH)2 → Ca+2 + 2OH-
ÁCIDOS E BASES
Interdependencia de H+ e OH-
É importante observar que, devido à interdependência entre as concentrações de H+ e OH-, a liberação de H+ leva necessariamente à queda na concentração de OH-, pois o OH- existente é consumido por uma parte do H+ liberado, na formação de H2O. Do mesmo modo, a liberação de OH- leva necessariamente à queda na concentração de H+, pois o H+ existente é consumido por uma parte do OH- liberado. A manutenção do equilíbrio [H+] x [OH-] = 10-14 não pode ser violada.
ÁCIDOS E BASES
Ácidos fortes
O ácido clorídrico e o ácido sulfúrico são exemplos de ácidos fortes, pois, quando dissolvidos, liberam quase todo o H+ de suas moléculas, aumentando enormemente a acidez da solução.
Ao adicionar 1 mMol de HCl a 1 litro de água destilada, o pH final será de 3,00. O hidróxido de sódio e o hidróxido de cálcio são exemplos de bases fortes, pois, quando dissolvidos, liberam quase todo o OH-, aumentando intensamente a alcalinidade da solução. Ao adicionar 1 mMol de NaOH a 1 litro de água destilada, o pH final será 11,00.
ÁCIDOS E BASES
Ácidos fracos
Nem todos os ácidos são fortes… O ácido carbônico,
assim como o ácido acético, é exemplo
de ácido fraco, pois, quando dissolvido, libera
menos de 5% do seu H+, aumentando apenas
moderadamente a acidez da solução. As reações
de dissociação dos ácidos carbônico e
acético são:
H2CO3 (ácido carbônico) → H+ + HCO3- (bicarbonato)
Dissociação = 0,18%
CH3-COOH (ácido acético) → H+ + CH3-COO-(acetato)
Dissociação = 2%
Se adicionarmos 1 mMol de ácido carbônico (H2CO3) a 1 litro de água destilada, o pH final será 5,74, em vez de 3,00. Isso acontece devido ao fato de apenas 0,18% do H+ deste ácido ser efetivamente liberado em solução. Se a dissociação fosse de 100%, a concentração final de H+ seria 1 mMol/L ou 10-3 Mol/L (pH = 3,00). Como a dissociação é de 0,18%, a concentração final de H+ será em torno de 10-6 Mol/L (pH próximo a 6,00). Essa pequena diferença de pH significa uma concentração de H+ quase 1.000 vezes menor.
ÁCIDOS E BASES
Bases fracas
As bases fracas são substâncias que, quando em solução aquosa, reagem com o H+ de forma incompleta, isto é, uma parte significativa da substância fica na forma não ligada ao H+. Portanto, aumentam apenas moderadamente a alcalinidade da solução. Vamos exemplificar a reação de uma base fraca clássica – a amônia (amoníaco).
NH3 (amônia) + H+ ↔ NH4+ (amônio)
ÁCIDOS E BASES
O que são sais?
Os ácidos e as bases, quando se dissociam em solução, liberam, além dos respectivos H+ e OH-, outros íons denominados sais. Os sais dos ácidos são ânions (nos exemplos acima: cloreto, sulfato, bicarbonato, acetato). Os sais das bases são cátions (nos exemplos acima: sódio, cálcio, amônio). Como os sais são sempre íons, podemos dizer que em solução aquosa os ácidos e as bases sofrem reações de ionização.
SOLUÇÃO TAMPÃO
SOLUÇÃO TAMPÃO é aquela que contém substâncias capazes de torná-la resistente a variações expressivas do pH. Essas soluções contêm, em concentrações significativas, um ácido fraco e o seu sal correspondente, ou então uma base fraca e o seu sal correspondente.
A observação experimental mostra que uma solução contendo uma concentração expressiva de um ácido fraco com o seu respectivo sal, ou então de uma base fraca com o seu respectivo sal, possui certa resistência à variação do pH. Imaginemos o preparo de uma solução na qual adicionamos a 1 litro de água, 0,5 Mol de ácido acético (ácido fraco) e 0,5 Mol de acetato (sal). Esta solução terá um pH de 4,74, após o equilíbrio. Se adicionarmos agora 1 mMol de HCl, o que acontecerá com o pH? O pH cai apenas para 4,72, ou seja, quase nada. A adição de 1 mMol de NaOH leva o pH desta solução para 4,76, uma elevação desprezível. Acabamos de preparar uma solução tampão…
Portanto, para preparar uma solução tampão, podemos adicionar quantidades semelhantes de ácido acético e acetato, ou ácido carbônico e bicarbonato, ou ácido cítrico e citrato, ou amônia e amônio, etc. No entanto, ácidos fortes e bases fortes não conferem a propriedade tampão à solução.
SOLUÇÃO TAMPÃO
Qual é o mecanismo da propriedade tampão?
Exemplificando com o ácido acético e o acetato.
Vamos escrever novamente a reação de dissociação:
CH3-COOH (ácido acético) ↔ H+ + CH3-COO-(acetato)
Pelo fato do ácido acético ser um ácido fraco, a sua reação de dissociação é reversível, isto é, a reação ocorre da esquerda para direita e da direita para a esquerda. Se as concentrações de ácido acético e de acetato forem semelhantes, ambas expressivas, quase todo o H+ que for adicionado à solução se ligará ao acetato para formar ácido acético, enquanto quase todo o OH- que for adicionado à solução será consumido pelo H+ liberado pelo ácido acético, ao converter-se em acetato. Este é o motivo pelo qual o pH pouco se altera na solução tampão, mesmo após a adição de ácidos ou bases fortes.
É interessante observar que o sal acetato, na verdade, comporta-se como uma base, pois pode consumir íons H+ da solução. Neste caso, podemos chamar o sal acetato de base conjugada. De uma forma geral, todo ácido fraco, quando dissolvido, gera uma base conjugada, que é um sal aniônico (ex.: acetato). Do mesmo modo, toda base fraca, quando dissolvida, gera um ácido conjugado, que é um sal catiônico, capaz de liberar H+ em solução (ex.: amônio).
SOLUÇÃO TAMPÃO
A fórmula de Henderson-Hasselbalch
O poder de tamponamento de uma solução é máximo quando a concentração do ácido fraco é igual à da sua base conjugada, ou a concentração da base fraca é igual à do seu ácido conjugado.
A relação ácido fraco/base conjugada é dependente do pH da solução, assim como o pH da solução é dependente da relação ácido fraco/ base conjugada. O mesmo vale para a relação base fraca/ácido conjugado. Essas relações são dadas pelas seguintes fórmulas:
A primeira é a fórmula que associa diretamente a concentração de H+ com as concentrações de ácido fraco e base conjugada. A segunda é a famosa fórmula de Henderson-Hasselbalch, que nada mais é do que o cologaritmo da primeira. Os químicos costumam representar o ácido fraco como HA e a base conjugada como A-. HA ↔ H+ + A-.
A fórmula de Henderson-Hasselbalch é representada como:
pH = pKa + log [A-]/[HA].
O Ka e o pKa são constantes que dependem do ácido em questão. Por exemplo, o pKa do ácido acético é 4,74. Como o pKa é o cologaritmo do Ka, quanto menor o pKa, mais forte é o ácido (maior a constante de dissociação). Observando atentamente a fórmula de Henderson- -Hasselbalch, podemos concluir que, se o pH da solução for igual ao pKa do ácido, então a concentração do ácido iguala-se à concentração da base conjugada. Neste caso, o poder de tamponamento da solução é máximo.
SOLUÇÃO TAMPÃO
O poder de tamponamento de uma solução de ácido fraco [HA] e base conjugada [A-] depende de dois fatores:
1- A concentração total da substância tampão (ácido + base conjugada).
2- O pH da solução, em relação ao pKa do ácido. Este fator vai determinar, em última análise, a relação [A-]/[HA].
SOLUÇÃO TAMPÃO
Exemplo do ácido ácetico
A solução contém 0,5 Mol/L de ácido acético e 0,5 Mol/L de acetato. Concentração total do tampão = 1 Mol/L. Podemos adicionar quantidades progressivas de H+ (através de um ácido forte – HCl) ou de OH (através de uma base forte – NaOH).
O pH inicial da solução é 4,74, igual ao pKa do ácido acético, pois as concentrações de ácido acético e acetato são iguais. Observe no gráfico ao lado a variação do pH após a adição de HCl e de NaOH.
Partindo-se do pH inicial de 4,74, à medida que vamos adicionando quantidades cumulativas de HCl (ácido forte) à solução, estamos caminhando do ponto central para a esquerda do gráfico. À medida que vamos adicionando quantidades cumulativas de NaOH (base forte), estamos caminhando do ponto central para a direita do gráfico. Observe que, na zona de pH próxima ao pKa, a variação de pH é relativamente pequena, quando comparada às zonas de pH afastadas do pKa. Quanto mais próximo do pKa estiver o pH da solução, maior o poder de tamponamento e mais próximas entre si estão as concentrações de ácido e base conjugada. Especificando melhor, o tamponamento acidobásico é mais eficiente na faixa de pH que varia de 1 ponto abaixo até 1 ponto acima do pKa.
Fisiologia Acidobásica – “os nossos sistemas tampão”
Qual a importância de regular o pH?
O nosso organismo é 50-60% de água. O plasma, o interstício e o meio intracelular, todos são soluções aquosas, possuindo um pH e uma série de substâncias com poder tampão, isto é, substâncias que funcionam como ácidos fracos e suas respectivas bases conjugadas, assim como bases fracas com seus respectivos ácidos conjugados. Logo, podemos afirmar que o nosso organismo é banhado por uma solução tampão formada por uma série de substâncias com diferentes poderes de tamponamento. Algumas dessas substâncias são mais importantes no compartimento extracelular, enquanto outras o são no compartimento intracelular. Ainda é muito importante, como veremos, o papel dos ossos no tamponamento acidobásico.
É de extrema importância que os nossos líquidos tenham um grande poder de tamponamento, pois a função celular só é possível dentro de uma pequena faixa de pH. Os íons H+ e OH- são altamente reativos e, portanto, podem alterar as propriedades das proteínas celulares, como as enzimas, responsáveis pela função celular. A grande variação de pH pode até desnaturar uma proteína. No capítulo de distúrbios acidobásicos, veremos também que variações importantes de pH, mesmo dentro da faixa compatível com a vida, podem levar a consequências graves, comprometendo a função cerebral e cardiovascular.
Fisiologia Acidobásica – “os nossos sistemas tampão”
Qual o valor normal de pH?
Qual a importãncia do pH intracelular?
O pH do fluido extracelular está em torno de 7,40, sendo a faixa compatível com a vida entre 6,50 a 7,90. Contudo, as enzimas e proteínas importantes para a fisiologia estão no ambiente intracelular. Portanto, é o pH intracelular que assume maior importância do ponto de vista fisiológico. O pH intracelular (pHi) é menor do que o pH extracelular e é diferente em diversos compartimentos da célula (citossol, núcleo, mitocôndria), variando de 6,60 a 7,20. Na prática, não há como medir o pHi de modo confiável, porém, pode se mensurar facilmente o pH plasmático. Em geral, o pH intracelular reflete o pH plasmático, variando de forma proporcional.
Fisiologia Acidobásica – “os nossos sistemas tampão”
TAMPÃO EXTRACELULAR -sistema bicarbonato-co2
Entre as várias substâncias que funcionam como tampão, o sistema mais importante em nosso organismo é o sistema bicarbonato-CO2.
Este é o principal responsável pelo tamponamento extracelular. Abaixo estão representadas suas reações químicas:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 « H+ + HCO3-
Na faixa de pH extracelular (7,40), o H2CO3 logo se transforma em CO2 + H2O ou em H+ +HCO3-. Sua concentração plasmática se torna muito pequena e desprezível. Então, é melhor escrever a reação:
CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3-
Na reação acima, o CO2 funciona como o ácido fraco, sendo o bicarbonato, a base conjugada. O pKa desta reação é 6,10, aproximando-se do pH normal do plasma, de 7,40. Veja a fórmula de Henderson Hasselbalch para o sistema bicarbonato- CO2:
pH = 6,10 + log [HCO3-]/[CO2]
A concentração de CO2 é proporcional à pressão parcial de CO2 (PCO2): [CO2] = 0,03 x PCO2
Logo, podemos reescrever a equação de Henderson Hasselbalch da seguinte forma:
pH = 6,10 + log [HCO3-] /0,03PCO2
Os valores normais do HCO3- e da PCO2 no sangue arterial são, respectivamente, 24 mEq/L e 40 mmHg, então, a relação normal [HCO3-]/CO2 será
24/0,03 x 40 = 24/1,2 = 20.
Pela fórmula: pH = 6,10 + log 20
Logo: pH = 6,10 + 1,30 = 7,40
Analisando esta fórmula, concluímos o conceito mais importante do equilíbrio acidobásico no organismo:
O pH plasmático é determinado pela relação
[HCO3 -]/CO2
O HCO3- funciona como base conjugada e o CO2, como ácido fraco. É fácil memorizar: o pH plasmático depende da relação base/ácido do principal sistema tampão do compartimento extracelular.
Fisiologia Acidobásica – “os nossos sistemas tampão”
Eficácia do Sistema Bicarbonato-CO2
Vimos que o pKa deste sistema é de 6,10. A eficácia do sistema tampão dá-se numa faixa de pH que vai de 1 ponto abaixo do pKa até 1 ponto acima do pKa. Logo, o pH plasmático (7,40) encontra-se fora dessa faixa, pois está 1,3 pontos acima do pKa (6,10). Teoricamente, então, o sistema bicarbonato-CO2 não seria um tampão extracelular eficaz… No entanto, existe um fator fundamental que o torna um sistema tampão especialmente eficaz: o controle dos níveis de CO2 pela ventilação alveolar. O arco aórtico possui sensores de pH plasmático que se conectam ao centro respiratório (presente no bulbo) por intermédio de neurônios que seguem pelo nervo vago. A queda do pH, devido a um excesso de H+, estimula esses sensores, aumentando a ventilação alveolar e eliminando mais CO2. A elevação do pH, devido a um excesso de OH-, desestimula os sensores, reduzindo a ventilação alveolar e retendo CO2.
Esse mecanismo faz com que os níveis de CO2 acompanhem os níveis de HCO3-, mantendo o pH plasmático sem maiores variações.
Fisiologia Acidobásica – “os nossos sistemas tampão”
Eficácia do Sistema Bicarbonato-CO2
O que aconteceria se não fosse o controle do CO2 pela ventilação alveolar?
O sistema seria muito pouco eficaz. O acúmulo de apenas 5 mMol de H+ em cada litro de sangue poderia ser fatal. Veja o que aconteceria… O bicarbonato faria o tamponamento do excesso de H+ na seguinte reação: H+ + HCO3- → CO2 + H2O. Cerca de 5 mMol/L de bicarbonato seriam consumidos nesta reação, surgindo mais 5 mMol/L de CO2. O bicarbonato final seria 24 – 5 = 19 mEq/L, enquanto que o CO2 final seria 1,2 + 5 = 6,2 mEq/L (correspondente a uma PCO2 de 206 mmHg). A relação [HCO3-]/CO2 seria 19/6,2 = 3,06. Pela equação de Henderson- -Hasselbalch, o pH final chegaria a 6,58.
Contudo, a queda inicial do pH plasmático exacerba a ventilação alveolar, eliminando-se muito mais CO2, reduzindo, assim, a PCO2 para cerca de 34 mmHg, correspondente a uma concentração de CO2 de 1,02 mEq/L. Logo, a relação [HCO3 -]/CO2 será então 19/0,9 = 18,6, em vez de 3,06. O pH final será de 7,36, em vez de 6,58. Ou seja, a compensação respiratória é fundamental para que o sistema bicarbonato- CO2 seja um tampão extracelular altamente eficaz.
Outro fator que contribui para o poder de tamponamento
são os altos níveis plasmáticos de
bicarbonato (24 mEq/L). Em relação aos outros
tampões plasmáticos, sua concentração é
muito maior. O tampão fosfato, por exemplo,
é pouco eficaz, já que a concentração do fosfato
é de apenas 1 mMol/L.
Fisiologia Acidobásica – “os nossos sistemas tampão”
TAMPÃO SANGUÍNEO
O tamponamento acidobásico do organismo depende de substâncias do extracelular, das hemácias, do intracelular e do osso. No extracelular (plasma e interstício), o principal sistema tampão, como já descrito, é o sistema bicarbonato- CO2, altamente eficaz devido às elevadas concentrações plasmáticas de bicarbonato e à regulação do CO2 pela ventilação alveolar. No intracelular e no osso, entretanto, outros meios de tamponamento acidobásico são utilizados.
TAMPÃO SANGUÍNEO: o H+ intravascular pode ser tamponado pelo plasma (sistema bicarbonato- CO2) ou pelas hemácias. As hemácias participam do tamponamento sanguíneo, por conterem uma grande quantidade de hemoglobina e fosfato, que funcionam como bases tampão (tal como o bicarbonato). Veja as reações de tamponamento:
H+ + Hemoglobinato- ↔ Hemoglobina+ (na hemácia)
H+ + HPO4 -2 (fosfato monoácido) ↔ H2PO4- (fosfato diácido)