COS’E’ IL pH?

Dott.ssa Marta Tavecchia

IL RENE: COSA FA?

Regola il bilancio idrico

Regola il bilancio elettrolitico

Regola l’equilibrio acido base

Elimina le scorie del metabolismo azotato

Svolge un ruolo endocrino:

• Sistema renina – angiotensina

• Sintesi di metaboliti attivi della vitamina D

• Sintesi di eritropoietina

E quando i Nefroni imboccano

la Via del Paradiso…?

L’emogasanalisi: perché è i mportante in sala dialisi?

pH e bicarbonati plasmatici

Potassio, calcio

ionizzato, sodio

Consente la misurazione

rapida di:

L’emogasanalisi: perché è importante in sala dialisi?

PRE DIALISI

valutare pH, bicarbonato, calcio ionizzato e potassio

Decidere il bagno di dialisi più adatto al paziente, terapia

chelante e di supporto di potassio e calcio

POST DIALISI

Valutare pH, bicarbonato, calcio ionizzato e potassio

Efficacia della seduta, alcalemia,

ipopotassiemia, bilancio del calcio

EQUILIBRIO ACIDO-BASE (1)

• 20.000 nmoli/die di acidi volatili (CO2) vengono eliminati attraverso i POLMONI

• 80 nmoli/die di acidi fissi vengono eliminati attraverso il RENE

L’organismo produce acidi per

effetto del metabolismo

• i POLMONI si attivano in pochi minuti grazie al centro del respiro

• iL RENE si attiva in alcune ore e termina il suo intervento dopo 2 o 3 giorni

L’organismo si difende dalle

variazioni rapide di pH attraverso i sistemi tampone

EQUILIBRIO ACIDO-BASE (2)

Gli ioni idrogeno sono molto reattivi in soluzione. Possono rompere legami chimici, modificare la forma di molecole complesse e determinare alterazioni cellulari e tessutali

È quindi fondamentale che la loro concentrazione venga regolata in modo preciso. Inoltre la concentrazione di ioni H+ nei liquidi corporei è bassa se paragonata a quella di altri ioni.

MECCANISMI CHE LIMITANO E/O CORREGGONO MODIFICAZIONI DELLA CONCENTRAZIONE

IDROGENIOICA NELL’ORGANISMO

• SISTEMI TAMPONE Sistema di prima difesa verso le alterazioni acido-basiche + trasporto acidi e basi verso gli apparati escretori (rene e polmone)

• RENE eliminazione acidi fissi (e basi)

• POLMONE eliminazione acidi volatili (CO2) derivanti dal metabolismo dei nutrienti o dal tamponamento di acidi da parte del bicarbonato

IL CONTROLLO DELL’EQUILIBRIO ACIDO-BASE AVVIENE SOSTANZIALMENTE

GRAZIE A:

Controllo pCO2

tramite la ventilazione alveolare

Escrezione renale H+

Mantenimento concentrazione HCO3-

Un sistema tampone è costituito da un acido e dalla sua base coniugata ed è in grado di rilasciare o legare H+ a seconda delle necessità. In caso di legame l’H+ cessa

temporaneamente di esistere come specie dissociata autonoma (e quindi altamente reattiva) nel fluido contenente il tampone

Acido = donatore di protoni Base = accettore di protoni

Definizione di Brønsted e Lowry (1923)

(per acidi e basi in soluzione acquosa)

Johannes Nicolaus Brønsted 1879-1947

Thomas Martin Lowry 1874-1936

Cos’è il pH? (1)

pH = - log [H+]

Ma…[H+] = Ka [HA]/[A-]

pH = 6.1 + log [HCO3-]

0.03 PCO2

Cos’è il pH? (2)

Il range di pH compatibile con la vita è

compreso tra 6.8 e 7.8 (range di concentrazione

di H+ compreso tra 16 nmoli/l e 160 nmoli/l)

IL VALORE NORMALE DI pH NEL

SANGUE ARTERIOSO E’ CIRCA 7.4.

RUOLO CENTRALE DEL SISTEMA TAMPONE BICARBONATO

• E’ il tampone quantitativamente più importante nell’extracellulare

• E’ in equilibrio con i sistemi tampone intracellulari

• Le due componenti del sistema (bicarbonato/acido carbonico) sono controllate separatamente dal RENE (componente metabolica) e dal POLMONE (componente respiratoria)

La valutazione delle due componenti del sistema del bicarbonato consente di valutare l’equilibrio acido-base dell’organismo, attraverso l’equazione di Henderson-Hasselbalch

TAMPONE BICARBONATO/ACIDO CARBONICO

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

H2CO3 HCO3- + H+

CO2: polmone HCO3-: rene

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

polmone rene

Tamponi cellulari

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

polmone rene

Tamponi cellulari

Lo studio dell’equilibrio di dissociazione del sistema tampone bicarbonato/acido carbonico fornisce indicazioni sull’equilibrio acido-base dell’organismo in toto e sui meccanismo di compenso renali (metabolici) e polmonari (respiratori)

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

polmone rene

pH = 6.1 + log HCO3-

0.0301 PaCO2

L’equilibrio di dissociazione del sistema tampone HCO3/H2CO3 è descritto dalla legge d’azione di massa, espressa come equazione di Henderson-Hasselbach, nella quale l’H2CO3 è inserito sotto forma di PaCO2 moltiplicata per un coefficiente di solubilità della CO2 in H2O (si ottiene un dato in mEq/L)

Tamponi cellulari

Nell’organismo esistono numerosi sistemi e ciascuno di essi ha un equilibrio espresso dalla sua equazione di HH

Però, poiché tutti sono anche in equilibrio tra di loro, sarà sufficiente studiarne uno solo per conoscere l’equilibrio acido-base di un soggetto

Il sistema tampone che viene utilizzato in clinica è quello bicarbonato/acido carbonico, cioè bicarbonato/CO2

Viene utilizzato in quanto le due componenti sono facilmente misurabili e in quanto direttamente influenzata dai due sistemi coinvolti nella regolazione dell’equilibrio acido-base: emuntorio renale e sistema respiratorio

RUOLO DEL RENE NEL MANTENIMENTO DELL’EQUILIBRIO ACIDO/BASE

• Riassorbimento del bicarbonato già presente nel sangue e che venendo filtrato dal glomerulo verrebbe perso nelle urine (tubulo prossimale)

• Eliminazione netta di H+ (tubulo distale)

La base fisiologica di entrambi gli effetti è rappresentata dalla secrezione di H+, a livello dei tubuli prossimale e distale

RIASSORBIMENTO DEI BICARBONATI NEL TUBULO PROSSIMALE

• 85% del bicarbonato filtrato

• elevata capacità (24 mEq/L di bicarbonato x 150 L di filtrato glomerulare = 3600 mEq/24 ore filtrati)

• Elevata permeabilità luminale agli H+

• Basso gradiente di H+ (7.4 inizio t.p., 7 fine t.p.) per la presenza della anidrasi carbonica

• Scambio Na/H epitelio tubulare + cotrasporto Na/HCO3 basolaterale

• Soglia dei bicarbonati 26 mEq/L

Na+ NaHCO3

CON TROLLO DEL RIASSORBIMENTO PROSSIMALE DI BICARBONATO

• Acidosi extracellulare

• Volemia efficace

• Sistema renina-angiotensina

• Potassiemia e patrimonio potassico

ELIMINAZIONE NETTA DI H+ (generazione di bicarbonati) NEL TUBULO DISTALE

• Secrezione di H+ mediata da una H+ATPasi nelle cellule intercalate

• Secrezione contro gradiente elevato (pH 7.4 nel sangue, 4.5 nelle urine gradiente di 1:1000) con bassa permeabilità luminale agli H+

• Presenza di tamponi luminali (Fosfati e NH3) per legare gli H+ secreti

• H+ escreti come H+ liberi (quantità minima), acidità titolabile e ioni ammonio (NH4

+) quest’ultimo rappresenta il principale meccanismo di eliminazione degli H+ sia in condizioni fisiologiche che quando sia necessario eliminare un carico di H+ (acidosi)

ESCREZIONE NETTADI DI H+ COME ACIDITA’ TITOLABILE

ESCREZIONE NETTA DI H+ COME AMMONIO

Delle varie forme di escrezione di H+, solamente l’escrezione dello ione ammonio può aumentare significativamente in presenza di un carico acido

Fattori che stimolano l’escrezione di idrogenioni nel tubulo distale

• Riduzione pH ematico

• Aumento PaCO2

• Ipopotassiemia

• Aumento aldosterone

Il riassorbimento di HCO3- è importante per il mantenimento dell’equilibrio acido-base. Tuttavia da solo non è di per sè in grado di ricostituire gli ioni HCO3- che sono stati consumati nel processo di tamponamento degli acidi non volatili prodotti dal metabolismo. La produzione di nuovi HCO3- (rigenerazione) dipende dalla disponibilità di TAMPONI URINARI.

RIASSORBIMENTO DI HCO3-

Ammoniaca

NH3/NH4+

Fosfati

HPO42-/H2PO4-

I principali tamponi urinari sono

TAMPONI URINARI (1)

TAMPONI URINARI (2)

• Derivano interamente dall’introito con la dieta (acidità titolabile) FOSFATI:

• Sintetizzata dal rene in risposta alla necessità di mantenere l’equilibrio acido-base

• È il più importante tampone urinario:

• Glutamina 2 NH4 + anione bivalente

• Glutamina 2 NH4 + 2 HCO3-

AMMONIACA:

RUOLO DEL POLMONE NEL MANTENIMENTO DELL’EQUILIBRIO ACIDO-BASE

eliminazione acidi volatili (CO2) attraverso la ventilazione alveolare

VENTILAZIONE ALVEOLARE (VA) E PaCO2 (I)

• La VA è la quantità di aria che raggiunge gli alveoli e prende parte agli scambi respiratori. E’ data dalla differenza tra VE (ventilazione minuto) e VD (spazio morto, cioè le vie aeree che non partecipano agli scambi respiratori)

• La VA rappresenta l’unica modalità di eliminazione della CO2 prodotta dal metabolismo (VCO2)

• In condizioni normali la quantità di CO2 eliminata con VA è uguale a alla produzione metabolica di CO2 (circa 200 ml/min)

DISORDINI DELL’EQUILIBRIO ACIDO/BASE (1)

Variazione del pH

extracellulare

Alterazione della funzione renale

Alterazione della funzione

respiratoria

Carico acido o alcalino maggiore

delle capacità escretorie

dell’organismo

EQUILIBRIO ACIDO-BASE: DEFINIZIONI

Acidemia pH < 7.36

Alcalemia pH > 7.44

Acidosi Processo fisiopatologico che tende ad aumentare [H+] e a

ridurre il pH

Alcalosi Processo fisiopatologico che tende a ridurre [ H+] e ad

aumentare il pH

Acidosi

metabolica

processo che primitivamente riduce HCO3

Alcalosi

metabolica

processo che primitivamente aumenta HCO3

Acidosi

respiratoria

processo che primitivamente aumenta la PaCo2

Alcalosi

respiratoria

processo che primitivamente riduce la PaCO2

Disordine misto Condizione nella quale è presente più di un disturbo

acido-base primitivo

Compenso Risposta fisiologica all’acidosi o all’alcalosi, che

determina un parizlale ritorno del pH verso i livelli

normali

DISORDINI DELL’EQUILIBRIO ACIDO/BASE(2)

Esistono dei disordini misti dell’equilibrio acido-base in cui coesistono patologie renali e respiratorie in cui il valore finale di pH dipende dal bilancio che deriva dalle diverse patologie presenti.

Squilibrio primitivo respiratorio compenso “metabolico”

Squilibrio primitivo metabolico compenso “respiratorio”

Compensi

• acidosi metabolica

• alcalosi metabolica

• acidosi respiratoria

• alcalosi respiratoria

• riduzione PaCO2 (polmone)

• aumento PaCO2 (polmone)

• aumento bicarbonati (rene)

• riduzione bicarbonati (rene)

ACIDOSI RESPIRATORIA (1)

• Alterazione dell’equilibrio acido acido-base caratterizzata da un primitivo aumento della PaCO2, eventuale riduzione del pH arterioso (acidosi respiratoria con acidemia), e da secondario aumento dei bicarbonati (compenso renale)

• La patogenesi riconosce cause secondarie ad alterazioni del sistema ventilatorio

ACIDOSI RESPIRATORIA (2):

sistema ventilatorio e ventilazione fisiologica

La ventilazione fisiologica è il risultato di complesse interazioni tra centri respiratori del SNC, chemocettori centrali e periferici, muscoli respiratori e parenchima polmonare

Ha lo scopo di eliminare la CO2 prodotta dal metabolismo

I determinanti della PaCO2 arteriosa saranno quindi rappresentati dalla ventilazione alveolare e dalla produzione metabolica di CO2

ACIDOSI RESPIRATORIA (3)

a) pazienti che non ventilano (di solito acidosi resp. acute) • il problema è la depressione dello stimolo respiratorio • (es. sedativi, narcotici, alcool, lesioni SNC post-anossiche, trauma

cranico, encefalite, etc) • b) pazienti che non possono ventilare (di solito acidosi resp. croniche) • due possibili problemi

1) insufficienza primitiva della pompa ventilatoria (m. respiratori): farmaci e tossici (curarizzanti, esteri organofosorici etc.), sclerosi multipla, miopatie acute etc.

2) insufficienza secondaria della pompa ventilatoria (fatica dei muscoli respiratori) da eccessivo aumento del lavoro respiratorio (lavoro elastico - malattie restrittive, ARDS etc. – oppure lavoro resistivo - crisi asmatica, BPCO-

3) patologie del parenchima polmonare compromissione degli scambi gassosi (BPCO grave, edema polmonare acuto etc.)

ACIDOSI RESPIRATORIA (4)

ACIDOSI RESPIRATORIA (5)

CLINICA

ACIDOSI RESPIRATORIA ACUTA • - cefalea • - alterazioni visus • - tremori • - agitazione – stato soporoso – coma • - ipotensione ACIDOSI RESPIRATORIA CRONICA • - dispnea • - agitazione – stato soporoso – coma • - segni e sintomi della pneumopatia di base • - segni e sintomi di cuore polmonare cronico

Diagnosi: emogasanalisi arteriosa PaCO2 > 44 mmHg

ACIDOSI METABOLICA (1)

• Condizione caratterizzata da primitiva riduzione della concentrazione di bicarbonati, con eventuale riduzione del pH (acidosi metabolica con acidemia) e riduzione secondaria della PaCO2 (compenso respiratorio)

• La patogenesi riconosce più spesso cause che determinano perdita di bicarbonati, aumentata produzione di acidi (di solito organici), o insufficiente capacità escrezione di H+ sotto forma di ioni ammonio

ACIDOSI METABOLICA (2)

MECCANISMI DI COMPENSO: • Sistemi tampone extra- e intracellulari • Polmone (se il sistema ventilatorio è

adeguato)

• Rene (se non è causa primitiva dell’acidosi metabolica)

ACIDOSI METABOLICA (3)

ACIDOSI METABOLICA (4)

2) Perdita di bicarbonati a) Perdita diretta

• Via gastroenterica (diarrea, fistole biliari, pancreatiche, intestinali etc.

• Via renale (acidosi tubulari prossimali)

1) Aumentata produzione di acidi Endogena

• Acidosi lattica

• Chetoacidosi Apporto esogeno di acidi o precursori di acidi

• Tossici

b) Perdita indiretta di bicarbonati (ridotta capacità di rigenerazione renale dei bicarbonati per deficit di eliminazione urinaria di NH4

+)

insufficienza renale acuta o cronica, acidosi tubulari distali

Acidosi metabolica da ridotta capacità di rigenerazione renale dei bicarbonati: acidosi dell’insufficienza renale ridotta produzione di NH3 ridotto trasferimento luminale di NH3 ridotta escrezione urinaria di ioni ammonio

X

ACIDOSI METABOLICA (5)

ACIDOSI METABOLICA (6)

ESCREZIONE URINARIA DI NH4+

BASSA: il rene non risponde appropriatamente alla

presenza di acidosi => il rene è l’origine stessa

dell’acidosi

ELEVATA: il rene risponde appropriatamente alla causa

dell’acidosi => la causa è EXTRArenale

Presupposto fisiopatologico: il principale meccanismo di compenso all’acidosi metabolica è rappresentato dall’aumento dell’ammoniuria (aumenta la rigenerazione di HCO3) nell’acidosi metabolica, se la causa non è il rene, dovrà esserci una ammoniuria elevata

ALCALOSI METABOLICA (1)

• Condizione caratterizzata da aumento primitivo dei bicarbonati con aumento del pH, e da aumento secondario della PaCO2 (compenso respiratorio)

• Compenso all’alcalosi metabolica: ipoventilazione aumento PaCO2

ALCALOSI METABOLICA (2)

• MAJOR ADVERSE CONSEQUENCES OF SEVERE ALKALEMIA • (Adroguè HJ, Madias NE, N Engl J Med 1998; 338:107-111) • • Cardiovascular • - Arterial constriction • - Reduction in coronary blood flow • - Reduction in anginal threshold • - Predisposition to refractory supraventricular • and ventricular arrhythmias • • Respiratory • - Hypoventilation with attendant hypercapnia and hypoxemia • - Enhancement of hypoxic pulmonary vasoconstriction • worsening of ventilation-perfusion relationships • • Metabolic • - Stimulation of anaerobic glycolysis and • organic acid production • - Hypokalemia • - Decreased plasma ionized calcium concentration • - Hypomagnesiemia and hypocalcemia • • Cerebral • - Reduction in cerebral blood flow • - Tetany, seizures, lethargy, delirium and stupor

ALCALOSI METABOLICA (3)

EZIOPATOGENESI: Meccanismi che determinano

aumento della bicarbonatemia attraverso la

perdita di H+ o un guadagno di basi:

• Perdita di fluido gastrico

• Diuretici

• Alcalosi post-ipercapnica

• Eccesso di attività mineralcorticoide

Forme clororesponsive o volume sensibili (95 % dei casi)

Forme clororesistenti o volume resistenti

ALCALOSI METABOLICA (3)

MANTENIMENTO: i meccanismi che mantengono elevata la bicarbonatemia (aumento soglia renale HCO3):

• 1) Ipopotassiemia • - acidosi intracellulare • - aumento attività scambiatore H+/K+ nefrone distale • - (aumentata produzione ed escrezione di ammonio)

• 2) Eccesso di mineralcorticoidi • - stimolo diretto sulla H+-ATPasi del tubulo collettore • - stimolo indiretto (voltaggio dipendente): riassorbimento di Na nel t. collettore

• 3) Deplezione di volume (volemia efficace) • - iperaldosteronismo • - angiotensina II • - stimolo adrenergico • - riduzione GFR • - effetti diretti del cloro

ALCALOSI RESPIRATORIA (1)

• Alterazione dell’equilibrio acido-base caratterizzato da una primitiva riduzione della pressione parziale di CO2 nei fluidi corporei, eventuale aumento del pH (alcalosi respiratoria con alcalemia) e riduzione secondaria dei bicarbonati (compenso renale)

• Quest’alterazione determina una risposta di compenso RENALE con una riduzione dei bicarbonati

pH

Normale

(7.36 – 7.44)

PaCO2 36-44

HCO3 22-26

PaCO2 < 36

HCO3 < 22

PaCO2 > 44

HCO3 > 26

< 7.36

PaCO2

< 40 > 40

> 7.44

PaCO2

< 40 > 40

Acid Metabolica Riduz PaCO2 = 1.2 HCO3

oppure ultime due cifre pH

Eq. A-b

Normale*

ac met +

alc resp

ac resp +

alc met Acidosi Respiratoria Ac: aum HCO3= 0.1 PaCO2

Cr: aum HCO3= 0.4 PaCO2

Alcalosi Respiratoria Ac: riduz HCO3 = 0.25 PaCO2

Cr: riduz HCO3 = 0.5 PaCO2

Alc Metabolica Aum PaCO2= 0.7 x HCO3

o le due cifre decimali del pH

*alc metab+

ac metab

E PER FINIRE…..

Un’ultimo sguardo a quello che incontriamo ogni giorno in sala

dialisi….

L’entità dell’accumulo di valenze acide in corso di

uremia è stato valutato di ca 19 mEq/die con una dieta

artificiale, oppure seguendo una dieta normale e

considerando l’apporto intestinale di basi il carico acido

è stato valutato intorno a 10 mEq/die

INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (1)

RIDUZIONE DELLA BICARBONATEMIA

ACIDOSI METABOLICA

DEPAUPERAMENTO DEI TAMPONI CELLULARI

ACIDOSI INTRACELLULARE

DEMINERALIZZAZIONE OSSEA PROGRESSIVA

INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (2)

In presenza di insufficienza renale la capacità di

eliminare un carico acido non metabolizzabile è ridotta.

Riduzione della sintesi di ammonio

Riduzione della secrezione di protoni nel

lume tubulare

Riduzione dell’acidità titolabile e del

riassorbimento di ioni bicarbonato

INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (3)

Con l’iniziale riduzione del GFR il bilancio degli ioni

idrogeno viene mantenuto con un aumento

dell’escrezione di ioni ammonio da parte dei nefroni

ancora funzionanti.

L’escrezione totale di ioni ammonio comincia a ridursi

quando il GFR scende al di sotto di 40-50 ml/min

INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (4)

Quando il paziente si avvicina allo stadio finale

dell’insufficienza renale usualmente la concentrazione

plasmatica di ioni bicarbonato si stabilizza intorno a 12-

20 mEq/L.

Il tamponamento da parte dell’osso impedisce

che la concentrazione scenda ulteriormente

INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (5)

EQUILIBRIO ACIDO-BASE IN DIALISI (1)

La funzione di reintegrazione del patrimonio corporeo di tamponi, normalmente svolta dal rene nel soggetto sano, è affidata nei paziente in dialisi alla somministrazione esogena di equivalenti alcalini per neutralizzare la continua produzione metabolica di acidi. Tuttavia l’adeguatezza dialitica dell’equilibrio acido-base è un parametro di non facile valutazione in quanto, mentre nel soggetto normale l’eliminazione delle valenze acide avviene in modo continuo e la generazione degli idrogenioni è uguale alla rimozione attraverso la via renale, nel paziente dializzato l’intermittenza del trattamento rende necessario lo studio di due fasi: dialitica ed interdialitica.

Trattato Italiano di Dialisi - ©Wichtig Editore - Giugno 1999

Grazie a tutti per l’attenzione!