O pH do fluido extracelular, incluindo o plasma sanguíneo, é normalmente regulado entre 7,32 e 7,42, pelos tampões químicos, o sistema respiratório e o sistema renal.
Soluções tampão aquosas reagirão com ácidos fortes ou bases fortes, absorvendo o excesso de hidrogênio H+
ion, ou hidróxido OH-
ion, substituindo os ácidos fortes e bases por ácidos fracos e bases fracas. Isto tem o efeito de amortecer o efeito das mudanças de pH, ou reduzir a mudança de pH que de outra forma teria ocorrido. Mas os tampões não podem corrigir níveis anormais de pH em uma solução, seja essa solução em um tubo de ensaio ou no fluido extracelular. Os tampões normalmente consistem em um par de compostos em solução, um dos quais é um ácido fraco e o outro uma base fraca. O tampão mais abundante no ECF consiste em uma solução de ácido carbônico (H2CO3), e o bicarbonato (HCO-
3) sal de sódio (Na+). Assim, quando há um excesso de OH-
ion na solução de ácido carbônico os neutraliza parcialmente, formando íons H2O e bicarbonato (HCO-
3). Similarmente um excesso de íons H+ é parcialmente neutralizado pelo componente bicarbonato da solução tampão para formar ácido carbônico (H2CO3), que, por ser um ácido fraco, permanece em grande parte na forma não dissociada, liberando muito menos íons H+ na solução do que o ácido forte original teria feito.
O pH de uma solução tampão depende apenas da razão entre as concentrações molares do ácido fraco e a base fraca. Quanto maior a concentração do ácido fraco na solução (em comparação com a base fraca), menor o pH resultante da solução. Da mesma forma, se a base fraca predominar, maior será o pH resultante.
Este princípio é explorado para regular o pH dos fluidos extracelulares (em vez de apenas tamponar o pH). Para o tampão ácido carbónico-bicarbonato, uma razão molar de ácido fraco para base fraca de 1:20 produz um pH de 7,4; e vice-versa – quando o pH dos fluidos extracelulares é 7,4 então a razão entre o ácido carbónico e os iões bicarbonato nesse fluido é 1:20.
Esta relação é descrita matematicamente pela equação de Henderson-Hasselbalch, que, quando aplicada ao sistema tampão de ácido carbónico-bicarbonato nos fluidos extracelulares, afirma que:
p H = p K a H 2 C O 3 + log 10 ( ) , {\i1}mathrm {pH} =\i K_mathrm {a} ~mathrm {H} “Mathrm”… esquerda (10)+log (10) esquerda (10) direita (10),K_{{\i1}{\i1}K_{\i1}{\i1}div>
- pH é o logaritmo negativo (ou cologaritmo) da concentração molar de iões de hidrogénio no ECF. Indica a acidez no ECF de forma inversa: quanto menor o pH maior a acidez da solução.
- pKa H2CO3 é o cologaritmo da constante de dissociação ácida do ácido carbônico. É igual a 6,1,
- é a concentração molar de bicarbonato no plasma sanguíneo
- é a concentração molar de ácido carbónico no ECF.
Contudo, uma vez que a concentração de ácido carbónico é directamente proporcional à pressão parcial de dióxido de carbono ( P C O 2 {\displaystyle P_{\mathrm {CO} }_{2}}}
O pH dos fluidos extracelulares pode assim ser controlado regulando separadamente a pressão parcial de dióxido de carbono (que determina a concentração de ácido carbônico), e a concentração de íons bicarbonato nos fluidos extracelulares.
Existem portanto pelo menos dois sistemas homeostáticos de realimentação negativa responsáveis pela regulação do pH do plasma. O primeiro é o controle homeostático da pressão parcial de dióxido de carbono no sangue, que determina a concentração de ácido carbônico no plasma e pode alterar o pH do plasma arterial em poucos segundos. A pressão parcial de dióxido de carbono no sangue arterial é monitorada pelos quimiorreceptores centrais da medula oblonga, e assim fazem parte do sistema nervoso central. Esses quimiorreceptores são sensíveis ao pH e aos níveis de dióxido de carbono no líquido cefalorraquidiano. (Os quimiorreceptores periféricos estão localizados nos corpos aórticos e carotídeos adjacentes ao arco da aorta e à bifurcação das artérias carótidas, respectivamente. Estes quimiorreceptores são sensíveis principalmente a alterações na pressão parcial de oxigênio no sangue arterial e, portanto, não estão diretamente envolvidos com a homeostase do pH.)
Os quimiorreceptores centrais enviam suas informações para os centros respiratórios na medula oblonga e pons do tronco encefálico. Os centros respiratórios determinam então a taxa média de ventilação dos alvéolos dos pulmões, para manter constante a pressão parcial de dióxido de carbono no sangue arterial. O centro respiratório fá-lo através de neurónios motores que activam os músculos da respiração (em particular o diafragma). Um aumento da pressão parcial do dióxido de carbono no plasma arterial acima de 5,3 kPa (40 mmHg) provoca reflexivamente um aumento na taxa e profundidade da respiração. A respiração normal é retomada quando a pressão parcial de dióxido de carbono regressa a 5,3 kPa. O oposto acontece se a pressão parcial de dióxido de carbono cair abaixo da faixa normal. A respiração pode ser temporariamente interrompida, ou retardada para permitir que o dióxido de carbono se acumule mais uma vez nos pulmões e no sangue arterial.
O sensor para a concentração de HCO->br>3 no plasma não é conhecido com certeza. É muito provável que as células tubulares renais dos túbulos enrolados distalmente sejam elas próprias sensíveis ao pH do plasma. O metabolismo destas células produz CO2, que é rapidamente convertido em H+ e HCO-
3 através da acção da anidrase carbónica. Quando os fluidos extracelulares tendem para a acidez, as células tubulares renais secretam os íons H+ para o fluido tubular de onde saem do corpo através da urina. Os íons HCO-
3 são simultaneamente secretados no plasma sanguíneo, elevando a concentração de íons bicarbonato no plasma, diminuindo a relação ácido carbônico/iônico bicarbonato, e consequentemente elevando o pH do plasma. O inverso acontece quando o pH do plasma sobe acima do normal: íons bicarbonato são excretados na urina, e íons hidrogênio no plasma. Estes se combinam com os íons bicarbonato no plasma para formar ácido carbônico (H+ + HCO-
3 = H2CO3), elevando assim a razão ácido carbônico:bicarbonato nos fluidos extracelulares, e retornando seu pH ao normal.
Em geral, o metabolismo produz mais ácidos residuais do que as bases. A urina é, portanto, geralmente ácida. Esta acidez urinária é, em certa medida, neutralizada pela amônia (NH3) que é excretada na urina quando glutamato e glutamina (portadores de excesso, não mais necessários, grupos aminados) são desaminados pelas células epiteliais distais do epitélio tubular renal. Assim, parte do “conteúdo ácido” da urina reside no conteúdo resultante de íon amônico (NH4+) da urina, embora isto não tenha efeito na homeostase do pH dos fluidos extracelulares.