Equilíbrio ácido-base

O que é o equilíbrio ácido-base?

A este equilíbrio ácido-base podemos dar o nome de bioeletricidade ou eletridade da vida. E, através desta bioeletricidade podemos compreender a forma de manutenção e comunicação celular dos organismos humanos - Conceição Trucom

A qualidade de vida de uma célula está diretamente relacionada à diferença de potencial (ddp) entre os líquidos intra e extracelulares. É essa diferença que faz com que a célula pulse, viva! Comunicação celular.

O líquido interno precisa conservar uma carga ligeiramente positiva, isto é, com o pH ácido. O líquido extracelular, no qual a célula está mergulhada, por outro lado, tem que ser mantido negativamente polarizado, isto é, com o pH ligeiramente alcalino.

Qualquer diminuição na diferença entre as cargas bioelétricas desses dois líquidos refletir-se-á na desaceleração da pulsação celular. E, células desvitalizadas é um sinônimo de células envelhecidas. O mecanismo mais comum para que isso ocorra é a acidificação dos líquidos extracelulares, que variam rapidamente de acordo com o que acabamos de ingerir. Açúcar e farinha branca, frituras em óleos ranços, alimentos ‘aditivados’ pelo progresso industrial, bebidas gasosas etc., enfim, tudo aquilo que já conhecemos como alimentos de natureza bioestática e biocida, são os grandes protagonistas desse quadro onde as células mortas, igualmente acidificantes, só tendem a acelerar ainda mais o processo do envelhecimento. Pelo tempo que esse ciclo vicioso estiver em vigor, o organismo manter-se-á sob padrões de degenerescência orgânica...

Saúde x Ausência de Saúde

Um corpo saudável é (entre outras coisas) aquele cujos órgãos de eliminação conseguem retirar do organismo tanto a parte inaproveitável dos alimentos como os nutrientes que naquele momento lhe são desnecessárias e todo o lixo ácido resultante do metabolismo alimentar e orgânico.

Enquanto os mecanismos de eliminação estiverem saudáveis e a sobrecarga metabólica não for uma constante, sempre será fácil corrigir excessos eventuais.

Os problemas começam a aparecer quando passamos a acumular, de forma ininterrupta, uma quantidade de lixo maior do que conseguimos eliminar. Esse é o padrão para irmos progressivamente afastando-nos do equilíbrio ácido-alcalino que mantém a saúde celular.

Como é realizado o equilíbrio ácido–base?

O potencial hidrogeniônico (pH) se refere à concentração de íons hidrogênio (H⁺) livre. Quanto maior o número de H⁺ disponível no meio, mais ácido este se torna, diminuindo os valores do pH. Em contrapartida, quanto menor for a disponibilidade desses íons na solução, mais básica ela será e o pH se elevará. A manutenção dos níveis de pH reflete no funcionamento adequado do organismo. Aqui, entenderemos a importância do pH para o funcionamento celular e quais as vias que o organismo utiliza para que estes parâmetros não se alterem significativamente.

O organismo possui um fluxo constante de gás carbono (CO₂), íons hidrogênio (H⁺) e oxigênio (O₂), obtido por meio do metabolismo celular (CO₂ e H⁺) e sistema respiratório (O₂). Parte do CO₂ gerado passa, por difusão, pela membrana celular e outra é transportada para o meio extracelular na forma de íons (H⁺ e HCO₃^-). Para tanto, a água gerada pela associação do O₂ e ions H⁺ se combina com o CO₂, originando o ácido carbônico (H₂CO₃), que pode dissociar-se em íon hidrogênio (H⁺) e íon bicarbonato (HCO₃^-). Essa equação é reversível e pode ser catalisada pela anidrase carbônica, como segue: 

CO₂ + H₂O   «  H₂CO₃  «  H⁺ + HCO₃^-

Essa é a principal equação do equilíbrio ácido-base no organismo. O aumento de CO₂ desloca a reação para a direita tornando o meio mais ácido, em contrapartida, a diminuição do CO₂ desloca a equação para a esquerda, deixando o meio mais básico.

A permeabilidade das membranas ao CO₂ é maior do que aos íons H⁺, no entanto o H⁺ é mais permeável do que os íons potássio (K⁺), cloro (Cl^-) e bicarbonato (HCO₃^-). O deslocamento desses íons através da membrana, geralmente, ocorre com o auxílio de uma proteína carreadora, gerando gasto de energia.

O pH intracelular oscila nas diferentes células entre 6 e 7,4 devido à variação das taxas metabólicas e fluxo sanguíneo tecidual. A estabilidade do pH depende da carga ácida gerada pelo metabolismo celular, somado ao influxo de íons para o interior da célula, com relação à saída de íons da célula para o líquido extracelular. O aumento do pH intracelular pode ser controlado pelo tampão fosfato ou proteínas celulares; através da associação do íon HCO₃^- com o  H⁺, que se dissocia em CO₂ e H₂O e se difundem para fora da célula; pela difusão passiva ou o transporte ativo de H⁺ para o meio extracelular e pela troca de cátions (Na⁺/H⁺) ou troca de ânions (HCO₃^-/ Cl^-) na membrana celular.

Cada tipo de célula responde de forma diferenciada às alterações do pH. O cérebro, por exemplo, é o mais sensível às oscilações do pH devido a pouca concentração de proteínas no líquido cerebroespinhal. Já os músculos suportam pHs mais ácidos, pois armazenam o íon H⁺ temporariamente, liberando-o lentamente para a corrente sanguínea, o que reduz a oscilação do pH nas outras partes do corpo. 

A regulação do pH celular está relacionada à contínua liberação de íons para o meio extracelular, e conseqüentemente para a corrente sanguínea. Além da produção diária dos ácidos endógenos, o sangue pode receber quantidades adicionais de ácidos pela via oral ou intravenosa.  Para manter o pH sanguíneo dentro dos limites fisiológicos (7,38 - 7,42) são utilizados mecanismos como: o sistema tampão bicarbonato, o sistema tampão de  proteínas, especialmente relacionado com a hemoglobina, a regulação pela respiração e a regulação pelo sistema renal. Abaixo segue uma descrição mais detalhada dos mecanismos que regulam o pH sanguíneo.

Sistema Tampão: os tampões impedem mudanças acentuadas no pH quando um ácido ou uma base é adicionado. O ácido é uma substância que fornece íon hidrogênio e a base é a substância que irá se associar ao íon, removendo-o da solução. Os dois tampões mais importantes no organismo são os tampões bicarbonato e fosfato.

A proteína mais importante para o tamponamento do pH sanguíneo é a hemoglobina. Quando a hemoglobina se dissocia do O₂, ela pode se ligar a uma molécula de CO₂ ou H⁺. No interior do eritrócito, o CO₂ e a água podem gerar os íons H⁺ e HCO₃^- (como demonstrado na equação acima), o hidrogênio pode se ligar à hemoglobina e o bicarbonato e sair da célula para a corrente sanguínea. Na circulação pulmonar, o íon bicarbonato entra novamente no eritrócito e a reação ocorre de modo inverso, formando ácido carbônico que se dissocia em água e CO₂. O CO₂ sai da célula para a corrente sanguínea, sendo eliminado do organismo.

Regulação respiratória: o sistema respiratório regula o pH por meio da frequência ventilatória. Como o CO₂ é continuamente formado nas células e difunde-se para os líquidos intersticiais e sangue, o aumento da concentração do CO₂ reflete na redução do pH de todos os compartimentos. Por outro lado, a redução do metabolismo celular acarreta na diminuição do CO₂, elevando o pH. O aumento do CO₂ está diretamente relacionado ao aumento de H⁺ e ambos estimulam o centro respiratório para aumentar a ventilação pulmonar a fim de remover o gás. A eficiência do controle respiratório é de 50 a 75%.

Regulação Renal: os rins controlam a concentração de hidrogênio no líquido extracelular através da excreção de uma urina ácida ou básica. A urina ácida reduz a concentração de H⁺ dos líquidos corporais enquanto que a urina básica remove HCO₃^-. O bicarbonato é continuamente filtrado pelos glomérulos (o que remove base do sangue), enquanto que o íon H⁺ é secretado pelas células epiteliais tubulares para a luz tubular (remove ácido). A eliminação de uma urina ácida ou básica está relacionada com a quantidade de íons eliminados. Se a secreção do H⁺ for maior que a filtração do HCO₃^- a urina será ácida, e se ocorrer o contrário, esta se tornará básica.

As células epiteliais tubulares, com exceção do ramo delgado da alça de Henle, secretam hidrogênio para o líquido tubular por um mecanismo de contra‑transporte de sódio/hidrogênio (Na⁺/H⁺). Quando o sódio reconhece sua proteína carreadora na membrana celular, o íon hidrogênio, ao mesmo tempo, se combina com a mesma proteína no interior da célula. Como a concentração de sódio é maior na luz tubular do que no interior da célula epitelial, o íon se desloca segundo seu gradiente de concentração. Dessa forma, o sódio proporciona a energia necessária para deslocar o hidrogênio contra o seu gradiente de concentração, da célula para a luz tubular.

A porção terminal dos túbulos distais e todo o trajeto ao longo do sistema do duto coletor para a pelve renal secreta H⁺ por transporte ativo primário (< 5%). Elevações discretas na concentração do íon no líquido extracelular aumentam consideravelmente sua excreção. Quando a quantidade de íon excede na tubulação renal, outros sistemas como o tampão fosfato e o tampão amônia auxiliam na remoção do H⁺. Diferente dos demais mecanismos utilizados para o controle do equilíbrio ácido-base, o sistema renal atua por horas ou até dias, para proporcionar o ajuste exato do pH sanguíneo.

Assim, todos os mecanismos empregados para a manutenção do equilíbrio ácido-base estão fundamentados na remoção do CO₂. Para manter o pH dentro dos limites fisiológicos são utilizados mecanismos de ajuste imediato como o tampão bicarbonato, fosfato e proteínas (segundos), ajuste intermediário realizado pelo sistema respiratório (minutos) ou em longo prazo pelo sistema renal (horas).

Manutenção da integridade celular

 No decurso da evolução, elementos como o carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre geraram moléculas que estruturaram células, proporcionando a formação de organismos mais simples como bactérias e fungos, até estruturas mais complexas, culminando nos vertebrados. Nesta aula, conheceremos os mecanismos utilizados pelas células para manter a sua integridade.

Como as células precisam manter seu metabolismo constante, as oscilações iônicas do meio podem interferir atenuando ou intensificando sua atividade. Desse modo, os processos que podem controlar as oscilações iônicas da célula, em decorrência das variações do meio extracelular, precisam ser aprimorados. As membranas celulares são constituídas por uma bicamada lipídica e por proteínas celulares que ficam internas ou externas à célula. Além de delimitar a área celular, as membranas também atuam como barreira seletiva, controlando os elementos que passam através dela. Assim, todo o transporte para dentro ou para fora da célula é realizado através da membrana.

Para compreender o problema de regulação de volume celular deve-se considerar uma membrana hipotética permeável à água e impermeável aos solutos. Se no meio extracelular houver aumento do volume de água, o fluxo da água para o interior da célula aumentará e está inchará. No entanto, após distúrbio momentâneo, o volume celular é regulado e volta ao seu volume inicial.

Mas, o que regula o volume celular? Essa regulação não ocorre por meio da variação de íons como o sódio ou o potássio intracelular, pois as oscilações destes comprometem o funcionamento de algumas enzimas celulares. Por isso, o volume celular é controlado através da variação na concentração de moléculas orgânicas, como os aminoácidos.

Para entender este processo, uma das hipóteses defendidas é que os aminoácidos acompanham as oscilações da salinidade, mantendo a célula sempre isotônica em relação ao meio extracelular. Como isso seria possível? Isso aconteceria através da regulação dos aminoácidos disponibilizados no interior da célula. A diminuição da salinidade extracelular induziria a remoção de aminoácidos livres por meio do aumento da síntese de proteínas ou através da saída dos aminoácidos pela membrana celular. Esta é outra idéia defendida, na qual se acredita que o estresse gerado pela baixa salinidade pode provocar a distensão da membrana celular, possibilitando a saída dos aminoácidos, o que conduziria também certo volume de água, normalizando o volume celular.

Assim, é possível que o controle do volume celular esteja relacionado com as características da permeabilidade da membrana. Seguindo ainda essa linha de raciocínio, se, ao invés da diminuição, houvesse o aumento da salinidade do meio extracelular, a célula tenderia a perder água. A manutenção do volume seria realizada pelo aumento do número de aminoácidos livres, proporcionado pela degradação de algumas proteínas.

Como dados que exemplifiquem esta condição, nas fibras musculares dos crustáceos 70 % da concentração osmótica intracelular está relacionada com a presença de aminoácidos como a glicina. As alterações nas células dos vertebrados, durante ajustes nas mudanças da salinidade, assemelham-se às dos invertebrados. À medida que a salinidade do meio aumenta ou diminui, alterações correspondentes acorrem nas concentrações intracelulares de aminoácidos, que visam à constante manutenção do volume celular.

Compreendendo agora que íons como o sódio e potássio podem interferir nas reações enzimáticas é mais fácil entender a importância dos aminoácidos na manutenção da osmolaridade. Entretanto, como sempre há exceções, nem todos os aminoácidos apresentam respostas a osmorregulação celular. Dentro deste grupo está a arginina e a lisina, que apresentam efeito perturbador sobre o metabolismo das células.

Deixaremos de falar agora sobre a osmorregulação para entrarmos em outros mecanismos de preservação celular, o congelamento. Animais que vivem em regiões extremamente frias precisam evitar que suas células congelem. Para tanto, existem elementos químicos que atuam como anticongelantes, impedindo a adição de moléculas de água à matriz para formar cristais de gelo.

O glicerol é um componente muito eficaz na redução do ponto de congelamento, aumentando a tolerância ao frio. Concentrações elevadas de glicerol são encontradas nos insetos hibernantes e a hipótese defendida é que esta molécula reduz o ponto de super-resfriamento, aumentando a possibilidade de o inseto impedir a formação de gelo e/ou protegendo as células contra os danos causados pelo congelamento, após a formação do gelo.

Algumas proteínas com propriedade anticongelantes, também, atuam impedindo a formação de gelo de maneira muito eficiente para algumas espécies de peixe antárticos, que possuem a peculiaridade de não possuírem glomérulos renais.

Nesses animais, glicoproteínas pequenas de 30 kDa circulam no plasma sem correr o risco de serem filtradas pelos rins. Por isso, um rim aglomerular parece ser uma vantagem adaptativa para os peixes que utilizam substâncias anticongelantes para se proteger dos danos causados pela formação de gelo.