L’equilibrio acido-baseL’equilibrio acido-base

La concentrazione di ioni idrogeno del sangue è di 4 x 104 x 10-5-5 mEq/l mEq/l e viene regolata con molta precisione, perché influenza quasi tutta l’attività enzimatica dell’organismo. HH22OO HH++ + OH + OH--

 E’ opportuno ricordare che gli acidi sono molecole capaci di rilasciare un protone in soluzione, mentre le basi sono molecole capaci di legarlo. Si definiscono alcali molecole formate da uno o più metalli alcalini (Na+, K+, Li+) e da un anione fortemente basico (come, ad esempio l’ OH-)

HH++ = 40 x 10 = 40 x 10-9-9 Eq/l Eq/l  pH = log 1/pH = log 1/HH++ = - log = - log HH++ = - log = - log 40 x 1040 x 10-9-9 Eq/lEq/l = 7.4 = 7.4

Per esprimere la concentrazione degli H+ si utilizza il pH, cioè il logaritmo, cambiato di segno della concentrazione degli H+. Il pH del sangue è normalmente 7.4 Quando il pH arterioso è stabilmente inferore a questo valore noi siamo in di acidosi; se è invece maggiore siamo in alcalosi. L’ acidosi produce torpore e sonnolenza, poi coma. L’alcalosi dà ipereccitabilità nervosa e muscolare, poi tetania. I valori di pH che consentono una sopravvivenza più prolungata di alcune ore sono 6.8 – 8. Se si esce da questi valori allora si ha morte.Il pH del sangue venoso e del liquido interstiziale è minore di quello arterioso a causa del rilascio di CO2 che forma H2CO3 che poi si dissocia in H+ e HCO3-

Il pH intracellulare è generalmente ancora più basso perché il metabolismo produce acidi: ipossia e ischemia possono ridurlo ulteriormente. L’ipossia fa si che la cell. cominci a produrre ATP per glicolisi anaerobica che produce acido lattico che abbassa il pH, mentre l’ischemia fa aumentare la Pco2 per ridotto flusso di sangue.Il rene ha un ruolo importante nel eleminazione di H+ per cui anche il pH delle urine varia a secondo del pH del sangue. Se diminuisce il pH del sangue, anche il pH delle urine diminuisce e viceversa.

 

L’equilibrio acido-base dell’organismo viene continuamente minacciato dal nostro stesso metabolismo.

1) La CO2 prodota continuamente dal metabolismo cellulare dà origine a valenze acide a seguito della reazione di idratazione (parliamo di “acidi volatili”, prodotti in quantità di circa 15-20 moli/giorno). Poiché la PCO2 è mantenuta costante dal respiro, questi acidi non influenzano il pH dell’organismo.  2) Inoltre, nei mammiferi carnivori o a dieta mista il metabolismo (soprattutto quello dei grassi e delle proteine) produce valenze acide (acidi non volatile, 50-100 mmoli/giorno) che producono una tendenza all’acidosi.

COCO22 + H + H22O HO H22COCO33 H H++ + HCO + HCO33 - -

Il pH dei liquidi corporei viene mantenuto costante grazie a 3 sistemi che sono: 1)sistemi tampone, 2)polmoni e 3)rene.

I sistemi tampone si combinano istantaneamente con gli idrogenioni (o gli OH-) impedendo variazioni eccessive di pH. Il centro respiratorio regola l’allontanamento della CO2 dall’organismo.  I reni ripristinano i tamponi perduti per correggere il pH. Il ripristino dei tamponi è associato all’escrezione degli acidi ed è regolato sulla base delle condizioni dell’organismo. Questa e la risposta piu lenta ma piu potente.

In relazione alla quantità di acidi non volatili prodotti dall’organismo, il pH dell’urina varia fra 4.5 (acidosi) e 8 (alcalosi).

I sistemi tampone, formati da un’acido debole (HL) in presenza di un suo sale (BL, dissociato in B+ e L- che e una base), limitano le variazioni pH indotte dall’aggiunta di H+ o di OH- ai liquidi corporei.L’acido debole è parzialmente dissociato: H+ + L- -> HL; + L- / (HL) = Ka log + + log (L- / L = log Ka;

log H+ = log Ka – log (L-/[HL]) pH = log L- / L + pKa pH = pKa + log (sale /acido)Equazione di Henderson-Hasselbach

L’aggiunta di un acido forte sposta l’equilibrio dal sale all’acido e la riduzione di pH viene limitata. C’è comunque una variazione di pH, anche se ci sono in soluzione più molecole di base rispetto agli acidi aggiunti.

Ciò dipende dal fatto che il pH dipende anche, per l’equazione di Henderson- Hasselbach dal rapporto base/acido debole. La scomparsa della base, che si trasforma in acido fa comunque diminuire il rapporto e, pertanto il pH.

Se invece di un acido si aggiunge una base sposta l’equilibrio del tampone dalla parte del sale, con una limitata variazione di pH (aumento), dovuta alla’umento del rapporto base/acido.

La capacità di tamponare gli acidi dipende dal valore del rapporto base/acido. Se aggiungiamo una certa quantità di H+ alla soluzione, avremo che la variazione di pH è minima quando questo valore è uguale a uno. Questo corisponde al punto di massimo potere tampone.

Il rapporto base/acido del tampone varia al variare del pH e ogni sua variazione, modifica il valore di quest’ultimo.

Il potere tampone molare di una soluzione corrisponde al numero di millimoli di acido che bisogna aggiungere a un litro di soluzione contenente 1mM di tampone per far variare il pH di 1 unità.

1mM di H+ = 1 Slike

SISTEMI TAMPONI1) Tampone fosfato; HH++ + HPO + HPO44

= = -> H -> H22POPO44--

 Questo sistema tampone ha il pK di 6.8, ma la sua concentrazione plasmatica è bassa e il suo potere è quindi limitato. Ha invece un’azione più importante all’interno delle cellule e nel tubulo renale, dove la sua concentrazione è maggiore. La sua concentrazione nell’organismo è regolata dal rene.

2) Le proteine: sono importanti all’’interno delle cellule. Il loro pK è vicino a 7.4.

3) Bicarbonato; COCO22 + H + H22O -> HO -> H22COCO33 -> H -> H++ + HCO + HCO33--

La formazione dell’ H2CO3 richiede anidrasi carbonica, presente nelle pareti degli alveoli, nelle cellule epiteliali dei tubuli renali, nei globuli rossi e in altri tessuti.

KK’’ = ([H = ([H++] · [HCO] · [HCO33--]) / [H]) / [H22COCO33]; [H]; [H++] = K’ ([H] = K’ ([H22COCO33] / [HCO] / [HCO33

--])]) [H2CO3] non si può misurare, in quanto l’acido si dissocia rapidamente e forma CO2 e H2O.  Però sappiamo che il rapporto H2CO3 / CO2

è 1 / 400.

 [H+] = K ([CO2] / [HCO3-]); K = K’ / 400

[CO2] = PCO2 . coefficiente di solubilità;  coefficiente di solubilità = 0.03 mM / mmHg [H+] = K (0.03 PCO2) / [HCO3

-] pH = pK + log ([HCO3

-] / 0.03 PCO2)

Il tampone bicarbonato non e granché perche il pK del sistema HCO3

-/H2CO3 è 6.1, che vuol dire che il tampone e limitante dal punto di vista del pK, pur questo il bicarbonato e il piu importante sistema tampone.Se si aggiunge un acido forte al tampone, l’H+ reagisce con il bicarbonato. Si forma CO2 e diminuisce il [HCO3]. Il CO2 può essere eliminata mediante il respiro per cui la sua concentrazione non cambia. Quindi il raporto HCO3/CO2 varia poco e quindi il pH diminuisce ma poco.

Poi interviene il rene che imette in sangue altro HCO3 riportando i suoi valori ai liveli normali e portando il pH ai valori fisiologici.

Se invece si aggiunge una base, questa converte l’acido carbonico in bicarbonato, producendo una diminuzione della Co2. Questo produce un diminuzione riflessa della ventilazione che riporta i valari normali di Pco2. per cui il raporto bicarbonato/co2 aumenta poco e anche il pH aumenta poco.

La possibilità di eliminare la CO2 con il respiro aumenta il potere tampone del bicarbonato, in quanto minimizza, pur senza eliminarle, le variazioni nel rapporto fra le concentrazioni di base e acido.

Base/acido = 20.8

Base/acido = 7,2

Base/acido = 19.2

La curva di titolazione del tampone. Al aumentare del raporto aumenta il pH

I diversi sistemi tamponi agiscono insieme.Variazioni del pH producono modificazioni dell’equilibrio di tutti i tamponi, perche i sistemi in realta tamponano uno l’altro scambiando H+ (principio isoidrico). Il pH può essere ristabilito anche agendo su di un unico tampone.

Le alterazioni patologiche del pH (acidosi e alcalosi) possono essere di origine metabolica o respiratoria.

Nell’acidosi metabolica acidosi metabolica l’aumento degli H+ (perche aumenta la produzione) produce una diminuzione della HCO3

- perche sposta il equilibrio a sn e produrrebbe anche un aumento della Pco2. Questa però diminuisce a causa dell’iperventilazione indotta dall’acidosi attraverso la stimolazione dei chemiocettori. Quindi diminuisce solo [HCO3] ma non la Pco2. il risultato e che il raporto HCO3/CO2 diminuisce non tanto e cosi anche il PHHH++ + HCO + HCO33

-- H H22COCO33 CO CO22 + H + H22OOPossibili cause di un acidosi metabolica. 1) diabete mellito (manca l’insulina, quindi alcuni tessuti non possono usare il glucosio e quindi utilizano a grassi e corpi chetonici, questo aumenta la produzione di H+), 2) insufficienza renale (diminuita escrezione di H+), 3) diarrea profusa (perdita di succhi intestinali alcalini), 4) diuretici inibitori dell’anidrasi carbonica (ostacolano la perdita di H+ con le urine), 5) assunzione di NH4Cl (è trasformato in urea nel fegato, con liberazione di HCl nei liquidi organici).

Nell’alcalosi metabolica alcalosi metabolica la diminuzione degli H+ stimola la dissociazione dell’acido carbonico, e l’idratazione della Co2, con aumento della HCO3

-. La Pco2 dovrebbe diminuire, ma aumenta per l’ipoventilazione indotta dall’alcalosi (dovuta ai chemiocettori) quindi il pH non aumenta di tanto.OHOH-- + H + H22COCO33 HCO HCO33

-- + H + H22OO CO2 + CO2 + HH22OOCause:1) vomito, 2) eccessiva assunzione di sali alcalini, 3) eccesso di aldosterone, che aumenta l’escrezione di H+ da parte del rene.

Nelle acidosi e alcalosi metaboliche la ventilazione corregge le variazioni di di pH modificando la Pco2, mentre la concentrazione del bicarbonato viene normalizzata dall’azione del rene.Un raddoppio della produzione di H+ (da 60 a 120 mmol/giorno) viene compensato da un aumento di 60 mm/giorno nell’escrezione di CO2, che corrispondono appena allo 0.3% della produzione giornaliera (15-20 moli).

Le variazioni della [HCO3] vengono agiustate dal rene.

Se il pH scende da 7.4 a 7 la ventilazione aumenta di 4 volte riportando il valore a 7.2-7.3 in 3-12 minuti. 

Il compenso non è quindi completo.Il compenso respiratorio è inoltre limitato dai seguenti fattori: 1) La concentrazione del bicarbonato non torna alla norma subito anche se verra poi corretto dal rene. 2) La diminuzione della PCO2 dovuto al iperventilazione, inibisce la ventilazione polmonare e limita la compensazione dell’acidosi.(Freno ipocapnico)3) La diminuzione della PO2 stimola la ventilazione polmonare e limita la risposta all’alcalosi.

Nell’acidosi metabolica il 50% degli idrogenioni è tamponato da tamponi diversi dal bicarbonato (NBB) e il 50% dal bicarbonato (BB). Successivamente, grazie all’eliminazione della CO2, gli idrogenioni lasciano i tamponi NBB.

Nell’acidosi respiratoriaNell’acidosi respiratoria ce un ipoventilazione che porta a un aumento della Pco2. Questo sposta il equilibrio a destra e porta un aumento del HCO3. Quindi il rapporto HCO3

- / CO2 diminuisce e anche il pH diminuisce. In questo caso il compenso può essere solo renale. Il compenso renale consiste in un aumento dell’escrezione renale di acidi, vale a dire in un aumento del bicarbonato aggiunto al sangue dal rene. Questo riaumenta il rapporto HCO3

- / CO2 e anche il pH.

Nell’ acidosi respiratoria aumenta il bicarbonato ma diminuiscono gli NBB-

COCO22 + H + H22O O H H22COCO33 H H++ + HCO + HCO33--

Nell’alcalosi respiratoria alcalosi respiratoria il rapporto HCO3- / CO2 aumenta a causa

dell’aumentata ventilazione che aumenta l’eleminazione di CO2 e diminuisce la Co2 plasmatica. Questo sposta il equilibrio a dx e diminuisce il HCO3. Nel sangue diminuisce il Bicarbonato e aumentano gli NBB-. Il compenso aviene da parte del rene. L’escrezione renale di acidi diminuisce e diminuisce anche la quantità di bicarbonato normalmente aggiunta al plasma dal rene (se necessario, il tubulo renale secerne bicarbonato, aggiungendo così H+ al plasma). In tale modo la [HCO3] diminuisce e quindi anche il pH ritorna ai valori normali. HH++ + HCO + HCO33

- - H H22COCO3 3 H H22O + COO + CO22 L’alcalosi respiratoria si verifica in montagna, a causa della iperventilazione prodotta dalla diminuzione della Po2.

Nei disturbi dellNei disturbi dell’’equilibrio acido base, le variazioni nella equilibrio acido base, le variazioni nella HCOHCO33-- e nella e nella

PPCO2CO2 del sangue inducono opportune modificazioni nella escrezione di del sangue inducono opportune modificazioni nella escrezione di

acidi.acidi.

pH = pK + log ([HCOpH = pK + log ([HCO33--] / 0.03 ] / 0.03

PPCO2CO2))

Il pH dipende dal raporto [HCO3]/Pco2, se questo raporto e costante per qualsiasi valore dei 2 parametri il pH e costante. La curva che indica come varia [HCO3] al variare del Pco2 a pH costante viene detta curva isopH. In condizioni fisologiche PH 7,4 Po2 40 la [HCO3]=24mM questo valore viene detto riserva alcalina basale. La curva del sangue e curvilinea.Se aumenta la Pco2 questo sposta il equilbrio a dx e anche la [HCO3] e [H+] aumenta con conseguente abassamento del pH. E viceversa.

ACIDOSI METABOLICANel acidosi metabolica aumenta la produzione di H+ diminuiche il pH. Questo lega HCO3 e si forma CO2 e H2O (equilibrio si sposta a dx) quindi diminuisce [HCO3] (riserva alcalina). A questo punto mi aspeto che la pCO2 aumenti tanto e quindi Il raporto [HCO3]/Pco2 diminuisca tanto come pure il pH. In realta l’acidosi stimola I chemocetori che producono una iperventilazione e questo aumenta l’eliminazione di CO2 e quindi la Pco2 diminuisce e il raposto [HCO3]/Pco2 diminuisce poco come pure il pH (compensazione respiratoria) la varizione della ventilazione tampona la variazione del pH

Ma comunque il pH cade poco (7.1). Questo lieve diminuzione del pH aumenta sa secrezione di H+ dal rene e aumenta la quantita HCO3 imessa nel plasma. Questo produce anche un liveve incremento della pCO2. Per cui il rapporto [HCO3]/Pco2 aumenta e anche il pH.

ALCALOSI METABOLICAIn questo caso diminuisce la [H+] cioe il pH aumenti. Questo diminuzione fa si che il equilibrio si sposta a sn, e quindi aumenti la [HCO3]. Questa diminuzione del pH riduce la scarica chemocettiva per cui ce una ipoventilaizone, la qualle produce un aumento della Pco2 che e magiore dell aumento della [HCO3] per cui il raporto [HCO3]/Pco2 diminuisce (ma e sempre magiore della normale) e il pH si abassa e si avicini al valore fisiologico. Questo aumento del pH diminuisce la secrezione di H+ e diminuisce la quantita di bicarbonato imessa nel plasma. Per cui il HCO3 diminuisce, anche la PCO2 diminuisce di conseguensa e il pH cala ancora avicinadosi sempre di piu ai valori normali.

ACIDOSI RESPIRATORIAIn questo caso ce una ipoventilazione (dovuta a edema, o nelle patologie ostrutive) che aumenta la Pco2 e come conseguensa anche il [H+] e [HCO3] aumenta. (pH diminuisce). Questo e compensato dal rene che aumenta la secrezione di H+ e l’imissione in plasma di HCO3. per cui aumenta la HCO3. questo reagisce col H+ e proudce CO2 la cui PCO2 aumenta. (ma meno rispeto al aumento del HCO3) quindi il raporto [HCO3]/Pco2 aumenta e anche il pH aumenta ritornando ai valori normali.

ALCALOSI RESPIRATORIACe un iperventilazione (iperventilazione emotiva, quando si va in montagna) che diminuisce la pCO2. questo sposta l’equilibrio a sn diminuendo la [H+] e [HCO3]. Quindi aumenta il pH. (il HCO3 diminuisce meno rispeto alla CO2). Questa diminuzione di pCO2 e aumento di pH diminuisce la secresione di H+ quindi diminuisce la imisione di HCO3 nel plasma. Il risultato e che il HCO3 nel sangue diminuisce e quindi sposta l’equilibrio a dx aumentando anche la CO2. il risultato e che il raporto [HCO3]/Pco2 diminuisce, equindi anche il pH diminuisce ritornando ai valori normali.