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TÍTULO: ACIDOSE METABÓLICA E SEUS EFEITOS SOBRE A VENTILAÇÃO E GASOMETRIA EM RATOS
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E SAÚDE ÁREA:
SUBÁREA: MEDICINA SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: FACULDADES INTEGRADAS PADRE ALBINO INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): VITOR TONIOLLO SARNI, VITOR WILLIAM FAVINHA AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): ADRIANA PAULA SANCHEZ SCHIAVETO ORIENTADOR(ES):
COLABORADOR(ES): ANDREA CARLA CELOTTO COLABORADOR(ES):
1 1. Resumo
O pH sanguíneo é diretamente influenciado por variações na concentração de
bicarbonato e na pressão parcial de gás carbônico sanguíneos. Pequenas variações no pH podem levar a importantes alterações metabólicas o que justifica a existência de mecanismos de compensação. A exposição à acidose metabólica de forma aguda ou crônica é vastamente utilizada em protocolos experimentais para se obter maiores detalhes a respeito das consequências fisiológicas destas condições que muitas vezes são impostas por diferentes patologias. No entanto, não há estudos detalhados a respeito da gasometria e das variáveis ventilatórias associadas, o que é de extrema importância para definir ou comprovar inclusive a origem da acidose desenvolvida e obter uma compreensão mais abrangente a respeito de suas
consequências. O objetivo do presente estudo foi o de avaliar variáveis sanguíneas e ventilatórias de ratos expostos à ingestão de solução de cloreto de amônio durante um período de 10 dias. Para tanto, os animais foram divididos em dois grupos, controle aos quais foi oferecido apenas água e acidose que receberam NH4Cl 0,5M
e gavagem de 0,02M, diariamente. Os grupos foram submetidos às medidas de frequência respiratória (fR), volume corrente (Vc), ventilação pulmonar(VE), bicarbonato plasmático ([HCO3-]p), pH arterial (pHa) e pressão parcial de oxigênio
(PaO2) e de gás carbônico do sangue arterial (PaCO2), nos seguintes intervalos: 0,
3, 6 e 10 dias após o início da ingestão de água ou NH4Cl. Frente a 3 dias de
ingestão ácida, os animais apresentaram tendência em aumentar a VE (Vc e fR), redução da PaCO2, e [HCO3-]p. No restante do experimento há uma tentativa de
aumento do Vc porém a fR reduz gradativamente e significativamente ao final dos 10 dias, o que deixa a VE, PaO2 e PaCO2 praticamente inalterados no restante do
experimento. A [HCO3-]p e o pHa, no entanto, continuaram reduzindo até o término
dos experimentos. Os resultados mostram alteração no padrão ventilatório frente a acidose sem alteração significativa na ventilação e na PO2 e PCO2 arteriais, o que
2 2. Introdução
A manutenção do pH sanguíneo dentro de uma estreita faixa de variação é
imprescindível para o metabolismo normal do organismo, uma vez que as reações metabólicas são altamente sensíveis à variações na concentração de H+ (Widmaier
et al., 2013). Os rins, juntamente com os pulmões e mecanismos de tamponamento extracelular, são os principais responsáveis por manter o equilíbrio ácido-base do organismo. A equação de Henderson-Hasselbalch (mostrada abaixo) ilustra com clareza a relação entre as variáveis determinantes do pH, assim como o papel dos rins e pulmões para o equilíbrio ácido-base. De acordo com esta equação, a acidez ou a alcalinidade do sangue, quantificada pelo logaritmo negativo da concentração de íons hidrogênio (ou pH), é determinada pelo pK de um ácido específico envolvido e pela relação entre a quantidade de base e ácido presentes, também expressas logaritmicamente (Androgue e Androgue, 2001). Devido ao fato do sistema ácido carbônico/bicarbonato ser o principal sistema de tamponamento do fluido
extracelular, a base e o ácido da equação de Henderson-Hasselbalch, são
representados, respectivamente, pela concentração de bicarbonato ([HCO3-])e de
CO2, sendo esta última relacionada à pressão parcial deste gás no sangue arterial
(PaCO2) que por isso deve ser multiplicada pela constante de solubilidade do
mesmo (0,03) (Androgue e Androgue, 2001). Assim, distúrbios no equilíbrio ácido-base podem ser compensados por alterações na concentração de bicarbonato plasmática e/ou na PCO2 arterial. A regulação da concentração de bicarbonato é
realizada essencialmente pelos rins enquanto a pressão parcial de CO2 é
determinada pela ventilação alveolar. Dessa forma, as relações entre pulmões e rins são clinicamente muito importantes (Pearson, 2006). Pacientes com doença renal crônica estão sujeitos a diversas importantes complicações respiratórias e vice-versa (Pearson, 2006). Devido à importância do tema, alterações no equilíbrio ácido-base são extensamente estudadas, especialmente por meio da utilização de modelos experimentais (Bento et al., 2005; Kiwull-Schone et al., 2007; Helmy et al., 2012; Tuchman et al, 2013).
O estudo da condição de acidose metabólica constitui um importante exemplo da utilização desses modelos. Frequentemente, a acidose metabólica crônica em animais experimentais é induzida por meio da ingestão de cloreto de amônio
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(Bento et al., 2005; Nowik et al., 2010), respiratórios (Settergren et al., 1982; Kiwull-Schone et al., 2007) e outros (Elkhair et al., 2009; Gasser et al., 2014) após a instalação da condição de desequilíbrio. No entanto, uma investigação da evolução desses parâmetros ao longo do desenvolvimento da condição de desequilíbrio ácido-base é de extrema importância, uma vez que pode ser utilizado no
planejamento e interpretação de inúmeros experimentos realizados com o mesmo modelo experimental.
Equação de Henderson Hasselbalch: pH= pK + log [HCO3-]/(PaCO2 x 0,03)
3. Objetivo
O objetivo do presente estudo foi o de avaliar variáveis sanguíneas e ventilatórias de ratos expostos à ingestão de solução de cloreto de amônio durante um período de 10 dias.
4. Materiais
Animais:
Foram utilizados ratos Wistar (n=34) pesando entre 230 e 250 g, provenientes do Biotério Central do Campus da Universidade de São Paulo (USP), Ribeirão Preto-SP. Os animais foram acondicionados no laboratório de Fisiologia Respiratória da própria instituição, em temperatura ambiente (23-25oC) e ciclo claro/escuro de 12:12
horas. Tiveram livre acesso à água e à ração.
5. Desenvolvimento
Indução da Acidose metabólica:
A acidose metabólica foi induzida por meio da ingestão (ad libidum), durante 3, 6 e 10 dias, de acordo com o grupo selecionado, de solução de cloreto de amônio
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(NH4Cl) 0,5M. Além disso, também foi realizada, diariamente, uma gavagem em
cada animal tratado, com a mesma solução na concentração de 0,02M.
Cirurgia:
Logo após realizada as medições de ventilação, os animais foram anestesiados com uretano e através de uma incisão na linha branca do abdômen o sangue dos mesmo foi coletado da aorta abdominal e em seguida essas amostras foi passada para análise na gasometria. Isso foi feito de acordo com os respectivos grupos
selecionados previamente, ou seja, nos animais tratados durante 3 dias, tudo isso foi realizado logo após o término do tratamento e das medidas de ventilação, no grupo tratado durante 6 dias, os mesmo eram tratados durante 6 dias e logo após realizado os procedimentos e no grupo tratado durante 10 dias, os mesmo foram tratados durante 10 dias e após realizado os processos acima descritos.
Gases Sanguíneos:
Amostras sanguíneas foram submetidas, por meio do analisador de gases OMNI-C Roche do Brasil, à análise de: pressão arterial de oxigênio (PaO2), pressão arterial
de gás carbônico (PaCO2), pH arterial (pHa) e bicarbonato plasmático (HCO3-)
Medida de Ventilação:
As medidas foram realizadas através do método da pletismografia de corpo inteiro em um sistema fechado (Bartlett & Tenney, 1970). Para a realização de cada
medida de ventilação, o fluxo de ar é interrompido e a câmara do animal permanece totalmente vedada por curtos períodos de tempo (~2 min). As oscilações de pressão causadas pela respiração do animal são captadas por um dispositivo conectado à câmara que contém o transudor de pressão e o amplificador de sinais (ML141 spirometer, PowerLab, ADInstruments). O sinal é então enviado para o sistema de aquisição e análise dos dados (PowerLab, ADInstruments). A calibração do volume é obtida durante cada experimento, injetando-se um volume conhecido de ar dentro
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da câmara do animal (1mL) com o uso de uma seringa graduada. Duas variáveis respiratórias são medidas, a frequência respiratória (fR) e o volume corrente (VT) que
será calculado através da fórmula: VT=PT/PK x TA/Tamb x (PB-PA)/PB-TA/TC(PB-PC),
onde VK: volume de ar injetado na câmara do animal para calibração; PT: deflexão
de pressão associada com cada volume de ar corrente; PK: deflexão de pressão
associada com cada volume de ar injetado para calibração, TC: temperatura coporal;
Tamb: temperatura ambiente; TA: temperatura do ar dentro da câmara; PB: pressão de
vapor d’água à temperatura corporal; PA: pressão de vapor d’água à temperatura da
câmara. A ventilação é obtida pelo produto de fR e VT. A ventilação (V) e o VT são
apresentados nas condições de pressão barométrica ambiente, à Tc e saturados com vapor d’água (BTPS.
Protocolo Experimental
Os experimentos tiveram a duração de 10 dias. Os animais foram divididos em 4 grupos: Grupo controle (n=9), que ingeriu água pura; Grupo acidose 3 dias (n=8); 6 dias (n=8) e 10 dias (n=8) que foram submetidos à ingestão de uma solução de NH4Cl, em substituição à água durante, respectivamente 3, 6 e 10 dias. Foram
realizadas as medidas de frequência respiratória (fR), volume corrente (Vc), ventilação pulmonar(VE), bicarbonato plasmático ([HCO3-]p), pH arterial (pHa) e
pressão parcial de oxigênio (PaO2) e de gás carbônico do sangue arterial (PaCO2).
Análise Estatística
Os resultados foram analisados por meio da análise de variância (ANOVA) two-way e foram apresentados como média ± EPM e considerados estatisticamente significante os valores de p<0.05.
6 6. Resultados
Figura 1- Efeito da ingestão ácida sobre a PO2 arterial. Media±EPM. * indica
diferença significativa (p<0,05) em relação ao controle.
Figura 2- Efeito da ingestão ácida sobre a PCO2 arterial. Media±EPM. * indica
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Figura 3- Efeito da ingestão ácida sobre o pH arterial. Media±EPM. * indica diferença significativa (p<0,05) em relação ao controle.
Figura 4- Efeito da ingestão ácida sobre a [HCO3-] plasmática. Media±EPM. * indica
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Figura 5- Efeito da ingestão ácida sobre o Volume Corrente. Media±EPM. * indica diferença significativa (p<0,05) em relação ao controle.
Figura 6- Efeito da ingestão ácida sobre a frequência respiratória. Media±EPM. * indica diferença significativa (p<0,05) em relação ao controle.
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Figura 7- Efeito da ingestão ácida sobre a Ventilação Pulmonar. Media±EPM. * indica diferença significativa (p<0,05) em relação ao controle.
De acordo com os gráficos acima relacionados, podemos perceber que frente a 3 dias de ingestão ácida, os animais apresentaram tendência em aumentar a VE (Vc e fR), redução da PaCO2, e [HCO3-]p. No restante do experimento há uma tentativa de
aumento do Vc porém a fR reduz gradativamente e significativamente ao final dos 10 dias, o que deixa a VE, PaO2 e PaCO2 praticamente inalterados no restante do
experimento. A [HCO3-]p e o pHa, no entanto, continuaram reduzindo até o término
dos experimentos.
7. Considerações Finais
Os resultados mostram alteração no padrão ventilatório frente a acidose sem alteração significativa na ventilação e na PO2 e PCO2 arteriais, o que impede a
compensação do pHa.
8. Fontes consultadas
Androgue HE e Androgue HJ. Acid-base physiology. Respir Care,46(4):328-341, 2001.
Bento LMA, Carvalheira JBC, Menegon LF, Saad MJA e Gontijo JAR. Effects of NH4Cl intake in rats: role of MAPK signalling pathway. Nephrol Dial Transplant, 20: 2654-2660, 2005.
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Gasser JA,Hulter HN,Imboden P,Krapf R. Effect of chronic metabolic acidosis on bone density and bone architecture in vivo in rats. Am J Physiol Renal Physiol. Mar 1;306(5):F517-24, 2014.
Elkhair NM, Siegling-Vlitakis C, Radtke E, Willing A, Hartmann H. Berl Munch Tierarztl Wochenschr. Age-dependent response of the acid-base parameters (Henderson-Hasselbalch, Stewart) in healthy calves with experimentally induced metabolic acidosis. Jan-Feb;122(1-2):63-9, 2009.
Helmy MM, Ruusuvuori E, Watkins PV, Voipio J, Kanold PO, Kaila K. Acid extrusion via blood-brain barrier causes brain alkalosis and seizures after neonatal asphyxia. Brain. Nov;135(Pt 11):3311-9, 2012.
Kiwull-Schone H, Kiwull P, Frede S e Wiemann M. Role of brainstem sodium/próton exchanger 3 for breathing control during chronic acid-base imbalance. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 176: 513-519, 2007.
Nowik M, Kampik NB, Mihailova M, Eladari D, Wagner CA. Induction of metabolic acidosis with ammonium chloride (NH4Cl) in mice and rats species differences and technical considerations. Cell Physiol Biochem.26(6):1059-72, 2010. Person DJ,. Respiratory considerations in the patient with renal failure. Respir. Care,
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Settergren G, Söderlund S, Eklöf AC. Blood oxygen tension and oxyhemoglobin saturation in hypoxemia due to right to left shunt or low inspired oxygen concentration. An experimental study of the effects of changes in blood oxygen affinity. Crit Care Med. Jan;10(1):15-8, 1982.
Tuchman S, Asico LD, Escano C, Bobb DA, Ray PE. Development of an animal model of nephrocalcinosis via selective dietary sodium and chloride depletion. Pediatr Res. Feb;73(2):194-200, 2013.
Widmaier EP, Raff Hershel, Strang KT. Os rins e a regulação da água e de íons inorgânicos. In: Vander. Fisiologia Humana: os mecanismos das funções corporais. Ed. 10ª, Guanabara Koogan, Rio de Janeiro-RJ, 2013.
