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Sistema tampão Um sistema tampão é constituído por um ácido fraco e sua base conjugada HA A- + H +
Quando se adiciona um ácido forte na solução de ácido fraco HX
HA
H+
A-
→ X-
+
H+
X-
H+
H+
HA
A +
H+
Sistema tampão Quando se adiciona um álcali na solução de ácido fraco BOH
HA OH- + H+
A-
→ B
+ OH-
+ H+ H2O
Resultado
H+
HA
A- +
H+
Equação de Henderson-Hasselbach
Equação de Henderson-Hasselbach relaciona a Keq (Ka) e as [Ácido] e [Base conjugada]
pH = pKa + log [A-] [HA]
A eficiência de um tampão está restrita a uma faixa de pH
pH = pKa + log [A-]
pH = pKa + log [base conjugada]
[HA]
[ácido conjugado]
pKa = pH que provoca 50% de dissociação do ácido [HA] = [A-] A eficiência máxima de um tampão é no pH correspondente a seu pKa Depende também da concentração das espécies
Características de Tampões
Ácido
Base
Ka
Conjugada
pKa (pH ácido 50% dissociado)
H2PO4-
7,2 x 10-3
2,14
Ác. Acético
Acetato
1,7 x 10-5
4,76
H2CO3
HCO3-
4,3 x 10-7
6,1
NH4+
NH3
5,6 x 10-10
9,25
H3PO4
Tampões biológicos e suas atuações contra variação do pH Muitas reações químicas que ocorrem dentro de uma célula, ou mesmo fora delas, dependem do pH. Pequenas variações no pH podem afetar a velocidade de uma reação química ou mesmo não permitir que ela ocorra, o que pode acarretar na morte celular.
Tampões biológicos e suas atuações contra variação do pH Durante o metabolismo celular ocorre liberação ou consumo de muitos ácidos e que são constantemente liberados no meio celular ou extracelular (corrente sanguínea). O organismo neutraliza estes ácidos para prevenir alterações na quantidade de H+ e preservar a função celular. A variação do pH também pode ocorrer por meio de administração de medicamentos ou então serem geradas devido a problemas fisiológicos ou doenças.
A forma como o organismo regula a concentração de H+ é de fundamental importância e ocorre no interior das células (líquido intracelular), entre as células (líquido intersticial) e no sangue (líquido intravascular).
Tampões biológicos e suas atuações contra variação do pH Os mecanismos de defesa do organismo contra alterações do pH são químicos ou então fisiológicos e ambos estão interligados. Os mecanismos químicos são representados pelas substâncias químicas que se encontram dissolvidas no plasma, líquido intersticial ou líquido intracelular e que agem como ácidos e bases neutralizando o aparecimento de quaisquer ácidos ou bases oriundos do próprio metabolismo, medicamento ou distúrbios fisiológicos (sistemas-tampão). Os mecanismos fisiológicos são representados pelos pulmões e pelos rins, que eliminam substâncias indesejáveis ou em excesso, ácidas ou bases, e reservam outras, dependendo da necessidade momentânea do indivíduo.
Tampões biológicos e suas atuações contra variação do pH A tabela abaixo mostra alguns dos tampões importantes no organismo vivo e as suas quantidades relativas: Composição do sistema
Percentual / %
Bicarbonato/gás carbônico Hemoglobina/Oxihemoglobina Proteínas ácidas/Proteínas básicas Fosfato monoácido/fosfato diácido
64 28 7 1
O íon bicarbonato é o principal responsável pelo tamponamento do sangue humano.
Como se forma o íon bicarbonato ?
Como se forma o íon bicarbonato no sangue No metabolismo os compostos são oxidados no interior da célula:
Composto + O2
CO2 + H2O
No sangue: CO2 + H2O
H2 CO3
H2 CO3 é um intermediário instável H2 CO3
CO2 + H2O
H+ + HCO3 -
H2 CO3
H+ + HCO3 -
No sangue: CO2 + H2O
H2 CO3
A velocidade de formação de H2CO3 a partir de CO2 e H2O, que normalmente é lenta, é muito aumentada pela enzima anidrase carbônica, encontrada nas hemácias
CO2 + H2O
H2 CO3
H+ + HCO3 -
O bicarbonato, HCO3-, está em equilíbrio com CO2 e H2CO3 (ácido carbônico)
H2CO3 é um ácido fraco com pKa igual a 3,77 Quando o pH do meio está acima do seu pKa, como geralmente ocorre, H2CO3 degrada-se em HCO3- e H+
Tampões biológicos
A capacidade de tamponamento (ou "poder tampão") é uma propriedade importante em sistemas biológicos, para os quais uma alteração rápida de pH pode ter conseqüências desastrosas.
O tampão bicarbonato/ácido carbônico (pKa = 6,1) mantém o pH do sangue numa "faixa segura" compreendida entre 7,35 e 7,45, resistindo às variações de pH para cima ou para baixo desses valores.
De forma geral, quando um indivíduo tem o pH sangüíneo abaixado para níveis inferiores a 7,35 diz-se que ele está com acidose. Quando o pH sangüíneo é aumentado a níveis superiores a 7,45 diz-se que o mesmo está com alcalose.
Quando a alcalose ou acidose são obtidas por alteração da freqüência respiratória, diz-se que são de origem respiratória. Acidose respiratória e alcalose respiratória. Acidose respiratória: caracterizada por diminuição do pH e aumento da pCO2. Ocorre devido a uma hipoventilação pulmonar que leva ao acúmulo de CO2. Causas da hipoventilação: obstruções no trato respiratório, pneumonia, enfisema, transtornos neuromusculares, doenças ou drogas que deprimem o SNC (centro respiratório) ou inalação de CO2 em excesso. Resposta compensatória: - rim: aumento da retenção de HCO3- e excreção de íons H+
Alcalose respiratória: caracterizada por aumento do pH e diminuição da pCO2. Ocorre devido a uma hiperventilação pulmonar. Causas da hiperventilação: febre, ansiedade, dor intensa ou estresse, diminuição da pressão atmosférica (grandes altitudes).
Resposta compensatória: - rim: diminuição da retenção de HCO3- e da excreção de íons H+
A acidose e alcalose podem ainda ocorrer por meios metabólicos. Acidose e alcalose metabólica.
Acidose metabólica: caracterizada por queda no pH e na concentração de HCO3-. Causas: aumento de íons H+ ou perda de bicarbonato. Aumento de H+: acúmulo de ácido lático ou corpos cetônicos, exercício exagerado, jejum prolongado e diabetes.
Perda de HCO3-: falha renal na retenção de HCO3- ou na excreção de H+, ou perda de bicarbonato devido a uma diarréia severa.
Efeito compensatório - pulmão: hiperventilação = diminui a pCO2 - rim: aumento da reabsorção de HCO3- e excreção de íons H+
Acidose Metabólica
Alterações para valores ácidos (i.e., abaixo de 7,35) são particularmente prováveis, tendo em vista a variação na produção, pelo metabolismo, de ácidos como o láctico, o pirúvico, o acético, etc.
Exemplo: Durante o exercício físico intenso o pH do sangue periférico pode ir a valores inferiores a 7,0 (pois forma-se ácido láctico).
O que acontece na Acidose?
Pulmão
CO2 + H2O
H2 CO3
H+ + HCO3 pH <
Com a expiração de CO2 o pH do sangue volta ao normal.
Alcalose metabólica: caracterizada concentração de HCO3-.
elevação
no
pH
e
na
Causas: ingestão excessiva de álcalis (exemplo bicarbonato de sódio como antiácido) ou perda de ácido pelo organismo, como ocorre no vômito prolongado.
Resposta compensatória: - pulmão: reduz a taxa de ventilação = aumento da pCO2
No interior das células as proteínas e o tampão fosfato (pKa = 6,8) exercem efeito tamponante.
O tampão bicarbonato é o principal tampão da saliva. *Importância nos ruminantes (manter pH do rúmen).
Intervalo ideal do pH ruminal: 6,2 a 6,8
Aumento ou queda do pH ruminal abaixo do intervalo ideal diminui e eficiência das bactérias. A digestão se tornará mais lenta causando diminuição na produção de leite ou no ganho de peso. *Uso de tamponantes nas rações: p. ex. bicarbonato de sódio *Infusão de soluções tamponantes: ou lactato de sódio
p. ex. bicarbonato
BICARBOATO DE SÓDIO O Bicarbonato de Sódio “Arm & Hammer” tipo “Nutrição Animal" fabricado pela Química Geral do Nordeste S.A. é um pó cristalino* de coloração branca ou levemente rosada, usado em rações de ruminantes como tamponante ruminal, e em rações de aves e suínos no Balanço do Equilíbrio Eletrolítico. Produtos: Carbonor A: 99% de Bicarbonato de Sódio. Indicado para uso em Ruminantes, Aves e Suínos Bicarbon TS Feed: 99 % de Bicarbonato de Sódio. Indicado para uso em Ruminantes, Aves e Suínos. Bicarbon TR: 86% de Bicarbonato de Sódio e 14% de Carbonato de Sódio. Indicado para uso em Ruminantes. http://www.milkpoint.com.br/mn/hotsites/QGN/
