Solução-tampão no sangue humano

Conforme bem explicado no texto Solução-tampão, essas soluções são aquelas que praticamente não sofrem alteração no seu pH (ou no pOH) quando se adiciona a elas uma quantidade limitada de ácido ou base fortes.

Para cumprir essa finalidade, as soluções tamponadas devem conter espécies químicas que reajam com os íons H⁺ de um ácido forte que porventura seja adicionado, e outras espécies químicas que neutralizem os íons OH^- de uma base forte que talvez venha a ser adicionada. Por isso, as soluções-tampão são geralmente formadas por misturas de um ácido fraco e um sal com o mesmo ânion desse ácido, ou por uma mistura de uma base fraca e um sal com o mesmo cátion dessa base.

A água não é um líquido tamponado, pois a mera adição de 0,01 mol de HCl a 1 L de água faz com que seu pH passe de 7,0 para 2,0. Se isso ocorresse com os líquidos de nosso organismo, os processos bioquímicos e fisiológicos do nosso corpo ficariam seriamente comprometidos, o que levaria à morte. Isso é especialmente importante quando se considera que todos os fluidos de nosso corpo possuem os íons H⁺ (ou H₃O⁺), que muitas das reações que acontecem nos seres vivos são extremamente sensíveis ao pH, realizando-se somente em uma estreita faixa de pH, e que muitos processos metabólicos tendem a produzir mais íons H⁺.

A fim de controlar a concentração desses íons e manter o pH do meio constante, os líquidos extracelulares de nosso metabolismo possuem soluções-tampão que mantêm o pH do meio estável. O sangue, por exemplo, possui pH normal igual a 7,4, e a adição de 0,01 mol de HCl a 1 L de sangue praticamente não altera seu pH normal.

Isso ocorre exatamente porque o sangue humano possui soluções-tampão, como algumas proteínas, e a mistura de H₂PO₄/HPO₄^2-. Mas a solução-tampão no sangue mais comum é formada pelo ácido carbônico (H₂CO₃) e pelo sal desse ácido, o bicarbonato de sódio (NaHCO₃). O ácido sofre ionização (pequena) e o sal sofre dissociação (grande), formando o seguinte equilíbrio:

H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^-

NaHCO₃ → Na⁺ + HCO₃^-

Assim, se for adicionado algum ácido forte no sangue, ele sofrerá ionização, gerando os íons H⁺ que normalmente alterariam o pH do meio. Porém, no sangue, eles reagem com os ânions HCO₃^- que estão presentes em grande quantidade no sangue por serem provenientes tanto da ionização do ácido carbônico quanto da dissociação do sal bicarbonato de sódio. Dessa forma, formarão ácido carbônico:

Adição de ácido forte: H⁺ + HCO₃^-→ H₂CO₃

Isso significa que o aumento dos íons H⁺ em solução provoca um aumento proporcional de moléculas de ácido carbônico, e a variação do pH (se houver) será muito pequena.

Por outro lado, se for adicionada ao sangue uma base forte, ela sofrerá dissociação e dará origem aos íons OH^-, que reagirão com os cátions H⁺ provenientes da ionização do ácido carbônico, formando a água e neutralizando os íons OH^-.

Adição de base forte: OH^- + H⁺ → H₂O

A diminuição dos íons H⁺ provocará um deslocamento no sentido do equilíbrio químico para o lado que aumenta a ionização do ácido e, assim, a variação do pH do sangue (se houver) será muito pequena.

O ácido carbônico mencionado, na realidade, nunca foi isolado dessa maneira, ele é uma solução aquosa de gás carbônico (CO_2(aq)).

Portanto, se a concentração de CO₂ no sangue sofrer alguma variação, o pH também será alterado. Se o pH do sangue ficar abaixo de 7,4, haverá um quadro de acidose, e o limite inferior de pH que uma pessoa pode apresentar, sobrevivendo por tempo reduzido, é de 7,0. Por outro lado, se o pH do sangue ficar acima de 7,4, haverá um quadro de alcalose, e o limite superior é igual a 7,8.

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