Acidobazno ravnovesje v telesu

Fiziologija Acidobaznega Ravnovesja

• Pri normalni presnovi nastane 15-20 mol prebitka kisline na dan.
• Večina te kisline je v obliki hlapne H2CO3 (iz CO2), manjši del (50-100 mmol/dan) pa so nehlapne kisline (fosfat, sulfat).
• CO2 nastane pri katabolizmu ogljikovih hidratov, maščob in aminokislin; nehlapne kisline pri presnovi žveplovih aminokislin, nukleinskih kislin in fosfolipidov.
• Homeostaza vzdržuje pH arterijske krvi med 7,35 in 7,45, kar je ključno za delovanje encimov ter lastnosti biokemičnih substratov in produktov.
• Acidobazno ravnovesje vzdržujejo:
  • Zunajcelični in znotrajcelični pufri
  • Volumen vode v telesu
  • Koncentracije Na+, K+ in Mg2+
  • Pljuča
  • Ledvice
  • Jetra
• Pufri blažijo hitre spremembe pH; presežek hlapne kisline se izloča preko pljuč, nehlapne pa preko ledvic.
• Motnje acidobaznega ravnovesja so največkrat posledica bolezni (npr. sladkorna bolezen, zastrupitve).

Pufri

• Pufri v vodni raztopini blažijo spremembe pH ob dodatku kisline ali baze.
• To lastnost imajo raztopine šibkih kislin in njihovih konjugiranih baz, pa tudi raztopine šibkih baz in njihovih konjugiranih kislin.
• Za določeno spremembo pH je potrebno puferski raztopini dodati ali odvzeti tem več H+, čim višja je koncentracija pufra in čim bližje vrednosti 1 je razmerje [A-]/[AH].
• V izvencelični tekočini so vsi pufri v ravnovesju z isto koncentracijo H3O+ oz. oksonijevih ionov; njihove moči se seštevajo (princip izohidričnosti).

Pufri v telesu

• Ločimo zunajcelične (medcelični prostor, kri) in znotrajcelične pufre (celične beljakovine, organski in anorganski fosfat, bikarbonat).
• V krvi so bikarbonatni (plazma, eritrociti) in nebikarbonatni pufri (hemoglobin, plazemski proteini, fosfat).
• Bikarbonatni pufer predstavlja okoli 53 % puferske kapacitete krvi.
• Hemoglobin je pomemben znotrajcelični nebikarbonatni pufer.
• Anorganska medceličnina kosti (NaHCO3, KHCO3, CaCO3, CaHPO4) je pomemben zunajcelični pufer.
• Kronična acidoza povzroči demineralizacijo kosti in izgubo Ca2+ z urinom.
• Bikarbonatni sistem (CO2 in bikarbonat) je pomemben zunajcelični in znotrajcelični pufer.
• CO2 se odstranjuje preko pljuč, HCO3 – pa preko ledvic.
• Posebnost bikarbonatnega puferskega sistema je, da so njegovi sestavni deli obnovljivi in uravnavani.

Uravnavanje preko pljuč

• Pljuča uravnavajo izločanje CO2 preko alveolov.
• Hiperkapnija (zvišan pCO2) in acidemija (znižan pH) povečata alveolarno ventilacijo.
• Alkaloza (zvišan pH) in hipokapnija (znižan pCO2) zmanjšata alveolarno ventilacijo.
• Respiratorni odzivi so hitri, a pri kroničnih spremembah pride do aklimatizacije.

Uravnavanje preko ledvic

• Nehlapne kisline se izločajo z urinom.

• Sulfat in fosfat se filtrirata skozi ledvične glomerule skupaj z natrijevimi in kalijevimi ioni.

• Neto izguba protonov (H+) se doseže s sekrecijo H+ skozi tubulni epitelij in pufranjem z amoniakom (NH3) in fosfatom (HPO4 2–).

• Amoniak nastaja pri presnovi glutamina v proksimalnem tubulu, glavni vir glutamina so jetra.

• Dnevno se filtrira 4,3 mol HCO3 –, večina se ga reabsorbira v proksimalnem nefronu, kar je povezano s sekrecijo H+.

• Primanjkljaj bikarbonata (HCO3 –), ki nastane v krvi zaradi pufranja nehlapnih kislin, ledvice nadoknadijo s tvorbo t. i. "novega" HCO3 – (iz CO2 in H2O) v interkalarnih celicah zbiralnih vodov.

• V distalnih delih se secernirani H+ vežejo z NH3 ali HPO4 2– ali pa ostanejo prosti in znižajo pH urina.

• Koncentracija H+ v urinu je zanemarljiva glede na izločanje kislin prek ledvic.

• Interkalarne celice v zbiralcih secernirajo HCO3 – ob sistemski alkalozi, sicer prevladuje sekrecija H+.

• Količina HPO4 2– v urinu je odvisna od prehrane.

• NH4+ nastaja v celicah proksimalnih tubulov iz glutamina, HCO3 – se vrača v kri, NH4

• pa se secernira v lumen nefrona.

• V ascendentnem delu Henlejeve zanke se NH4

• reabsorbira in se akumulira v medularnem intersticiju, kjer je v ravnovesju z NH3.

• V zbiralcih NH3 difundira nazaj v lumen in se tam poveže s H+ v NH4 +, ki ostane ujet v lumnu nefrona in se izloči iz telesa.

• Tvorba NH4 +/NH3 je odvisna od pH zunajcelične tekočine in koncentracije plazemskega K+.

• Znižanje pH plazme aktivira encime za razgradnjo glutamina. Nizka vrednost kalija spodbuja nastajanje NH3 iz glutamina.

• Aldosteron poveča izločanje H+, angiotenzin spodbuja reabsorpcijo HCO3 –, paratiroidni hormon pa inhibira izločanje H+ in reabsorpcijo HCO3 –.

• Spremembe acidobaznega ravnovesja in volumna zunajcelične tekočine uravnavajo izločanje H+ in reabsorpcijo HCO3 –.

• Sistemska acidoza stimulira reabsorpcijo HCO3 –.

• Zmanjšanje volumna zunajcelične tekočine spodbudi reabsorpcijo Na+, s tem pa tudi sekrecijo H+ in reabsorpcijo HCO3 –. Reabsorpcija HCO3 – je odvisna tudi od glomerulne filtracije.

Uravnavanje preko jeter

• Jetra sodelujejo z ledvicami pri korekciji metabolične acidoze ali alkaloze.
• Pri metabolični acidozi se zmanjša sinteza sečnine iz glutamata v hepatocitu, zato se poveča nastajanje in izločanje glutamina.
• Glutamin porabijo ledvice za sintezo amoniaka in HCO3 –.
• Pri metabolični alkalozi se poveča sinteza sečnine iz glutamata in zmanjša izločanje glutamina iz jeter.

Enostavne motnje acidobaznega ravnovesja

• Poznamo respiratorno acidozo in alkalozo ter metabolično acidozo in alkalozo.

Anionska vrzel (AV)

• Izračunamo jo za oceno motnje acidobaznega ravnovesja: AV = [Na+] - ([Cl–] + [HCO3 –]).
• Normalna vrednost je med 10 in 12 mmol/l, odvisna je od anionskih proteinov, fosfata, sulfata in organskih anionov.
• Povečana je pri metaboličnih acidozah zaradi acetoacetata ali laktata, zastrupitvah z etanolom, metanolom in etilen-glikolom.
• Dodatni razlogi za povečano AV so zmanjšana koncentracija neizmerjenih kationov (K+ , Mg2+ ali Ca2+) in zvečana koncentracija anionskega albumina.
• Razlogi za zmanjšano anionsko vrzel so zvišana koncentracija neizmerjenih kationov, prisotnost nefizioloških kationov, zmanjšana koncentracija albumina, acidoza in huda hiperlipidemija.
• AV je odvisna od razlike med neizmerjenimi anioni (NA–) in neizmerjenimi kationi (NKA+): (ii) AV = (NA–) – (NKA+).

Metabolična acidoza (MA)

• Posledica primarnega zmanjšanja koncentracije HCO3 – v plazmi.
• Povzročajo jo povečana produkcija nehlapnih kislin (laktata, ketonskih teles), izguba bikarbonata (diareja) ali zmanjšano izločanje kislin (ledvična odpoved).
• Vpliva na alveolarno ventilacijo, srčno mišico, živčni sistem, oskrbo tkiv s kisikom ter koncentracijo K+ in Ca2+.
• Bolnik hiperventilira (Kussmaulovo dihanje).
• Lahko zmanjša kontraktilnost in frekvenco srca (odvisno od kateholaminov).
• Prisotne so motnje zavesti (somnolenca do kome).
• Razvije se hiperglikemija.
• Znižan pH in zvišan pCO2 premakneta disociacijsko krivuljo hemoglobina v desno (Bohrov efekt).
• Zvišana [H+] povzroči izmenjavo med znotrajceličnim K+ in plazemskim H+, razvije se hiperkaliemija; H+ se izmenjuje tudi s Ca2+.
• MA delimo na tisto z zvečano AV in tisto z normalno AV (hiperkloremična acidoza).
• Pogoste oblike MA z zvečano AV: laktacidoza, ketoacidoza, zastrupitve (etanol, etilenglikol, metanol, salicilati), akutna ali kronična odpoved ledvic.
• Najpogostejše MA z normalno AV: izguba bikarbonata skozi prebavni trakt, ledvična tubulna acidoza.
• AV je normalna pri zmerni odpovedi ledvic in povečana pri popolni odpovedi ledvic.

MA s povečano AV

• Laktacidoza: metabolična acidoza zaradi zvišane koncentracije laktata v krvi.
  • Tip A: posledica primarne hipoksije (hipoksične, stagnacijske ali histotoksične).
  • Tip B: posledica spremenjene aerobne presnove (sladkorna bolezen, odpoved jeter ali ledvic, zastrupitve, sepsa).
• Ketoacidoza: akutni zaplet sladkorne bolezni tipa 1 ali zastrupitve z etanolom.
• MA zaradi zastrupitve z etilenglikolom: povzroči MA in poškodbe osrednjega živčevja, srca, pljuč in ledvic.
  • Toksični učinki so posledica razgradnih produktov pri presnovi v jetrih.
  • Poteka v treh fazah: znaki podobni alkoholnemu opoju, nastanek toksičnih produktov, akutna odpoved ledvic.
  • Nastane metabolična acidoza, hiperventilacija, tahikardija in hipertenzija.
  • Razvije se hipokalciemija (kristali kalcijevega oksalata).
• MA pri hudi ledvični odpovedi: zmanjšana sinteza in izločanja NH4 +, serumski bikarbonat se vzdržuje s pomočjo pufrov anorganskega dela kosti, na primer s kalcijevim karbonatom.
  • Kronična MA zmanjša kostno maso (izplavljanje kalcijevega karbonata) in poveča izgubo kalcija z urinom.

MA z normalno AV (hiperkloremične MA)

• Najpogostejši vzroki: izguba HCO3 – z diarejo ali skozi ledvice pri ledvični tubulni acidozi.

• Zunajcelična koncentracija Cl– poraste sorazmerno z izgubo bikarbonata, zato je prisotna hiperkloremija.

• MA zaradi diareje: koncentracija HCO3 – v blatu je višja kot v plazmi, zato se sočasno razvijeta dehidracija in MA.

• MA pri ledvični tubulni acidozi: motnja acidifikacije urina, ki ni povezana z zmanjšanim številom funkcionalnih nefronov.

  • Poznamo proksimalno (tip 2), distalno (tip 1) in ledvično tubulno acidozo s pomanjkanjem aldosteronskega učinka (tip 3).
  • Proksimalna ledvična tubulna acidoza (tip 2) je posledica zmanjšanega maksimuma za reabsorpcijo HCO3 – v proksimalnem tubulu.
    • Če plazemska [HCO3 –] ni tako velika, da se preseže tubulni maksimum za reabsorpcijo HCO3 – v proksimalnem tubulu, je pH urina < 5,3, če pa bo plazemska [HCO3 –] tako velika, da se preseže tubulni maksimum za reabsorpcijo HCO3 – v proksimalnem tubulu, bo pH urina > 5,3 in bo povečano izločanje HCO3– z urinom.
    • Povečana izguba K+ z urinom povzroči hipokaliemijo.
  • Pri distalni tubulni acidozi (tip 1) je motena sekrecija H+ v lumen zbiralca.
    • Spremlja jo hipokaliemija, hiperkloremija in zmanjšana količina NH4 +, ki se izloči v urinu.
    • pH urina je neprimerno visok, > 5,3.
    • Zaradi kronične acidoze je tubulna reabsorpcija kalcija zmanjšana, nastajajo ledvični kamni.
    • Ledvice imajo zmanjšano sposobnost koncentracije urina, zato je prisotna poliurija, ki vodi v dehidracijo in hipokaliemijo.
  • Ledvična tubulna acidoza tipa 3 je posledica zmanjšanega učinka aldosterona.
    • Pomanjkanje učinkov aldosterona povzroči hiperkaliemijo in blago ledvično metabolično acidozo zaradi zmanjšane sekrecije H+
    • Zaradi motene tvorbe NH4

• je pri ledvični tubulni acidozi količina NH4+ v urinu manjša kot pri MA zaradi diareje. - Količino NH4+, ki se izloči v urinu, ocenimo tako, da izračunamo AV urina (AVU), ki je enaka razliki med vsoto koncentracij Na+ in K+ ter koncentracijo Cl–. - Pri izvenledvičnih oblikah MA je AVU negativna, pri ledvičnih MA pa pozitivna.

• Vpliv akutne in kronične MA na izločanje K+ z urinom:

  • Akutna MA zmanjša izločanje K+ z urinom, kronična MA (traja > 72 h) pa poveča izločanje K+ z urinom.

Metabolična alkaloza (MAL)

• Nastane zaradi primarno zvečane koncentracije HCO3 – v plazmi.
• Povzroča jo prebitek bikarbonata ali izguba nehlapne kisline (HCl).
• Pogosti razlogi: bruhanje, diuretiki, hipokaliemija, hipomagneziemija ter povečano izločanje renina, aldosterona ali kortizola.
• MAL so praviloma posledice primarne motnje homeostaze vode ali elektrolitov.
• MAL je blaga in kratkotrajna pri zdravih ledvicah.
• Pri motnjah presnove vode in elektrolitov s povečanim izločanjem aldosterona ali kortizola imajo ledvice zmanjšano sposobnost izločanja bikarbonata.
• Hipomagneziemija poveča izločanje renina in aldosterona.
• Skrajna oblika: MAL s paradoksno acidurijo (ledvice izločajo kisel urin).
• Znižana [H+] povzroči izmenjavo med izvenceličnim K+ in znotrajceličnim H+, razvije se hipokaliemija.
• H+ se izmenjuje tudi s Ca2+ zato se zmanjša delež ioniziranega kalcija v plazmi (relativna hipokalciemija).
• MAL se lahko razvije kot akutni zaplet prehitre korekcije kronične respiratorne acidoze z umetno ventilacijo.

Respiratorna acidoza (RA)

• Nastane zaradi primarno zvišanega parcialnega tlaka CO2 v plazmi.
• Najpogostejši razlog: hipoventilacija.
• V krvi izmerimo acidozo in hiperkapnijo.
• Znaki in simptomi, ki so posledica hipoksije in hiperkapnije, so odvisni od hitrosti nastanka, mehanizma in trajanja RA.
• Akuten porast pCO2 arterijske krvi lahko povzroči dispnejo in motnje zavesti (somnolenca do kome).
• Pri kronični RA so motnje zavesti blažje kot pri akutni hiperkapniji; prisotne so lahko motnje spanja.
• Vazokonstrikcija možganskih arteriol zaradi izgube vazodilatatornega učinka hiperkapnije vodi v razvoj lokalne stagnacijske hipoksije, ki povzroči glavobol, patološke reflekse, izgubo spomina in motnje motorike.

Respiratorna alkaloza (RAL)

• Nastane zaradi primarno znižanega parcialnega tlaka CO2 v plazmi.
• Najpogostejši razlog: hiperventilacija.
• Pogosti sta hipokaliemija in hiperkloremija.
• Ledvična kompenzacija hipokapnije se začne v 2–6 urah, z zmanjšanim izločanjem NH4+ in titrabilne kisline ter s povečanim izločanjem bikarbonata v urinu.
• Maksimalna ledvična kompenzacija se razvije 4.–5. dan RAL.
• Akutna RAL povzroči vazokonstrikcijo možganskih arteriol in motnje zavesti.
• Premakne disociacijsko krivuljo oksihemoglobina v levo (Bohrov efekt).
• Del Na+, K+ in HPO4 – se premakne iz zunajceličnega prostora v celico.
• Zmanjša se koncentracija ioniziranega kalcija.
• Zastrupitev z aspirinom povzroči akutno RAL zaradi neposredne stimulacije centralnih receptorjev.
• Kronična RAL je najpogostejša motnja acidobaznega ravnovesja pri bolnikih na intenzivnih oddelkih (gram-negativna septikemija, odpovedovanje jeter, nosečnost).

Sestavljene motnje acidobaznega ravnovesja

• Značilna je sočasnost dveh ali več motenj acidobaznega ravnovesja in so pogoste pri bolnikih na intenzivnih oddelkih.
• Primeri:
  • Akutna respiratorna acidoza s posledično hipoksično hipoksijo, ki vodi v splošno hipoksijo tkiva in razvoj metabolične acidoze.
  • Zastrupitev s salicilati: akutna metabolična acidoza (zaradi vnosa prevelike količine kisline v telo) in akutna respiratorna alkaloza (zaradi stimulacije centralnih receptorjev).
  • Metabolična ketoacidoza pri akutni zastrupitvi z etanolom, kateri se zaradi bruhanja iz želodca pridruži akutna metabolična alkaloza.
• Prisotnost motnje acidobaznega ravnovesja preverimo z določitvijo pCO2, pH, HCO3 –, prebitka baze in izračunom anionske vrzeli.
• Prebitek baze je količina močne kisline, ki jo moramo dodati ali odvzeti, da vrnemo pH plazme na 7,4 pri 37 °C in parcialnem tlaku CO2 40 mmHg.
• Pri metabolični acidozi je prebitek baze negativen, pri metabolični alkalozi pa pozitiven.
• Normalen pH (7,35–7,45) ne izključuje motnje acidobaznega ravnovesja.
• Dokončno diagnozo motnje acidobaznega ravnovesja lahko postavimo samo s celovito obravnavo bolnika (laboratorijske preiskave, poznavanje osnovne bolezni, anamneza in status).

Preverite svoje znanje o acidobaznem ravnovesju v človeškem telesu. Vprašanja zajemajo vlogo pufrov, metabolizem snovi, ledvice, pljuča in druge procese, ki vplivajo na ravnovesje.