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EQUILIBRIOEQUILIBRIO

ACIDOACIDO--BASEBASE

EQUILIBRIOEQUILIBRIO

ACIDOACIDO--BASEBASE

Le reazioni metaboliche sono estremamentesensibili alla concentrazione degli ioni H+ nelliquido in cui avvengono, perché gli ioni H+

influenzano il funzionamento degli enzimi.

La concentrazione degli ioni H+ nel LEC devequindi essere strettamente regolata,mantenendo costantemente bilanciati guadagnoe perdita di H+.

Le reazioni metaboliche sono estremamentesensibili alla concentrazione degli ioni H+ nelliquido in cui avvengono, perché gli ioni H+

influenzano il funzionamento degli enzimi.

La concentrazione degli ioni H+ nel LEC devequindi essere strettamente regolata,mantenendo costantemente bilanciati guadagnoe perdita di H+.

La concentrazione di ioni H+ di una soluzione vieneespressa come pH della soluzione

pH = - log [H+]

[H+] = 10-7 mol/l pH = 7 soluzione neutra

Sangue arterioso: pH = 7.4

Sangue venoso: pH = 7.35

pH inferiori = acidosi (limite pH = 6.8)

pH superiori = alcalosi (limite pH = 8)

Liquido intracellulare pH = 6 - 7.4

Urina: pH = 4.5 - 8

La concentrazione di ioni H+ di una soluzione vieneespressa come pH della soluzione

pH = - log [H+]

[H+] = 10-7 mol/l pH = 7 soluzione neutra

Sangue arterioso: pH = 7.4

Sangue venoso: pH = 7.35

pH inferiori = acidosi (limite pH = 6.8)

pH superiori = alcalosi (limite pH = 8)

Liquido intracellulare pH = 6 - 7.4

Urina: pH = 4.5 - 8

Produzione HProduzione H++

•• Acidità volatile (20.000 mmol/die)CO2+H2O H2CO3 H++HCO3

-

non c’è guadagno di H+ perché a livello polmonare la reazione va in direzioneopposta, si riforma CO2 (volatile) che viene eliminata con l’espirazione.• Acidità fissa, non volatile (210 mmol/die):

Acido solforico (metabolismo proteico)Acido fosforico (metabolismo fosfolipidi)Acido cloridrico (conversione Cloruro di ammonio in Urea)Acido latticoCorpi chetonici (Acido acetoacetico, -idrossibutirrico, acetone)

Produzione HProduzione H++

•• Acidità volatile (20.000 mmol/die)CO2+H2O H2CO3 H++HCO3

-

non c’è guadagno di H+ perché a livello polmonare la reazione va in direzioneopposta, si riforma CO2 (volatile) che viene eliminata con l’espirazione.• Acidità fissa, non volatile (210 mmol/die):

Acido solforico (metabolismo proteico)Acido fosforico (metabolismo fosfolipidi)Acido cloridrico (conversione Cloruro di ammonio in Urea)Acido latticoCorpi chetonici (Acido acetoacetico, -idrossibutirrico, acetone)

Consumo HConsumo H++ (140 mmol/die)Reazioni metaboliche: Ossidazione anioni (citrato, lattato, acetato)

Bilancio HBilancio H++ (dieta mista) = +1 mmol/Kg/die(dieta mista) = +1 mmol/Kg/die((70 mmol/die,70 mmol/die, adultoadulto 70 Kg)70 Kg)

Il normale pH (7.4) del LEC corrisponde a [H+] = 40 nmol/l. Quindi il suomantenimento richiede che l’H+ in eccesso sia:• Tamponato immediatamente• Eliminato a livello renale

Sistemi di regolazione del pHSistemi di regolazione del pH

• RispostaRisposta immediataimmediata (tempi(tempi chimicochimico--fisici)fisici)Sistemi tampone dei liquidi corporeiSi combinano istantaneamente con acidi e basi perimpedire variazioni consistenti del pH. L’azionetampone non elimina e non aggiunge ioni H+

all’organismo, ma li mantiene legati fino a quandol’equilibrio può essere ripristinato• RispostaRisposta rapidarapida (minuti)(minuti)Sistema respiratorioViene regolata in pochi minuti la ventilazione e quindil’eliminazione di CO2

• RispostaRisposta lentalenta (giorni)(giorni)ReneElimina gli acidi o le basi in eccesso

Sistemi di regolazione del pHSistemi di regolazione del pH

• RispostaRisposta immediataimmediata (tempi(tempi chimicochimico--fisici)fisici)Sistemi tampone dei liquidi corporeiSi combinano istantaneamente con acidi e basi perimpedire variazioni consistenti del pH. L’azionetampone non elimina e non aggiunge ioni H+

all’organismo, ma li mantiene legati fino a quandol’equilibrio può essere ripristinato• RispostaRisposta rapidarapida (minuti)(minuti)Sistema respiratorioViene regolata in pochi minuti la ventilazione e quindil’eliminazione di CO2

• RispostaRisposta lentalenta (giorni)(giorni)ReneElimina gli acidi o le basi in eccesso

Sistemi tamponeSistemi tamponeI tamponi stabilizzano la concentrazione di H+ evitando

modificazioni del pH

I tamponi stabilizzano la concentrazione di H+ evitando

modificazioni del pH

Tampone: sostanza in grado di legare reversibilmente ioni H+

La formula generale delle reazioni di tamponamento è:

H-Tampone è un acido debole che può dissociarsi inTampone ed H+ o può esistere come molecola indissociata.Se H+ aumenta (maggiore produzione di acidi) la reazione èspinta a destra con formazione di H-Tampone.Se H+ diminuisce (perdita di H+ o aggiunta di basi) lareazione è spostata a sinistra con rilascio di H+ dalcomplesso H-Tampone.

H-TamponeTampone + H+

H-Tampone è un acido debole che può dissociarsi inTampone ed H+ o può esistere come molecola indissociata.Se H+ aumenta (maggiore produzione di acidi) la reazione èspinta a destra con formazione di H-Tampone.Se H+ diminuisce (perdita di H+ o aggiunta di basi) lareazione è spostata a sinistra con rilascio di H+ dalcomplesso H-Tampone.

Sistema tampone del BicarbonatoE’ il principale sistema tampone dell’organismo, formatodalla coppia HCO3

- / H2CO3 secondo la reazione:

La reazione si sposta a destra, con formazione di CO2, seaumenta H+ e verso sinistra se H+ diminuisce

HCO3- + H+ H2O + CO2H2CO3

Il sistema tampone bicarbonato è il sistematampone extracellulare più potente dell’organismo,perché rappresenta un sistema aperto, in quantola CO2 è controllata dalla respirazione e l’HCO3

-

dal rene.

Sistema tampone del FosfatoHPO4

2-/H2PO4-

E’ meno efficace perché:• meno concentrato• la forma acida, a differenza della CO2 non può essereeliminataE’ comunque un tampone molto importante per laregolazione del pH a livello renale

Sistema tampone del FosfatoHPO4

2-/H2PO4-

E’ meno efficace perché:• meno concentrato• la forma acida, a differenza della CO2 non può essereeliminataE’ comunque un tampone molto importante per laregolazione del pH a livello renale

Sistema tampone delle ProteineLe proteine sono i sistemi tampone più abbondantidell’organismo.Nei globuli rossi l’Emoglobina ha una funzione tamponemolto importante

Regolazione respiratoria dell’equilibrio acidoRegolazione respiratoria dell’equilibrio acido--basebaseLa seconda linea di difesa dalle alterazioni dell’equilibrioacido-base è costituita dal controllo polmonare dellapCO2

↑pCO2 H+ ↓pH↓pCO2 H+ ↑pH

Modificando la ventilazione e quindi la pCO2 il sistemarespiratorio può contribuire a regolare il pH:

•↓pH (acidosi) ↑ventilazione ↓pCO2 pH torna vicinoai valori normali

•↑pH (alcalosi) ↓ventilazione ↑pCO2 pH tornavicino ai valori normali

HCO3- + H+ H2O + CO2H2CO3

Regolazione respiratoria dell’equilibrio acidoRegolazione respiratoria dell’equilibrio acido--basebaseLa seconda linea di difesa dalle alterazioni dell’equilibrioacido-base è costituita dal controllo polmonare dellapCO2

↑pCO2 H+ ↓pH↓pCO2 H+ ↑pH

Modificando la ventilazione e quindi la pCO2 il sistemarespiratorio può contribuire a regolare il pH:

•↓pH (acidosi) ↑ventilazione ↓pCO2 pH torna vicinoai valori normali

•↑pH (alcalosi) ↓ventilazione ↑pCO2 pH tornavicino ai valori normali

Rene ed equilibrio acidoRene ed equilibrio acido--basebase

InIn condizionicondizioni normali,normali, ilil renerene mantienemantiene l’equilibriol’equilibrioacidoacido--basebase attraversoattraverso::

• Il riassorbimento di tutto l’HCO3- filtrato

• La secrezione di ioni H+

In condizioni di alterazione (acidosi) attraverso:


• La secrezione di quantità maggiori di H+

• La produzione di nuovi HCO3-

In condizioni di alterazione (alcalosi) attraverso:

• Il riassorbimento di quantità minori di HCO3- filtrato

• La secrezione di quantità minori di H+

In condizioni di alterazione (acidosi) attraverso:


• La secrezione di quantità maggiori di H+

• La produzione di nuovi HCO3-

In condizioni di alterazione (alcalosi) attraverso:

• Il riassorbimento di quantità minori di HCO3- filtrato

• La secrezione di quantità minori di H+

Il rene deve eliminare ~70 mmol di H+ al giorno.

Gli H+ non possono rimanere liberi nell’urina perché la loroconcentrazione porterebbe a pH 1.3.

Poiché il pH dell’urina non può essere inferiore a 4 - 4.5,l’H+ presente nell’urina deve essere tamponato.

I tamponi urinari sono tamponi presenti nel filtrato(HCO3

-, HPO4-), e tamponi prodotti direttamente nel rene

(NH3/NH4+).

Il rene deve eliminare ~70 mmol di H+ al giorno.

Gli H+ non possono rimanere liberi nell’urina perché la loroconcentrazione porterebbe a pH 1.3.

Poiché il pH dell’urina non può essere inferiore a 4 - 4.5,l’H+ presente nell’urina deve essere tamponato.

I tamponi urinari sono tamponi presenti nel filtrato(HCO3

-, HPO4-), e tamponi prodotti direttamente nel rene

(NH3/NH4+).

Gli ioni H+ secreti a livello tubulare (4400mmol/die) vengono in gran parte (4320 mmol/die)utilizzati per il riassorbimento di HCO3

- neltubulo prossimale. La parte rimanente (80 mmol/die) è escreta con

le urine in gran parte associata a tamponi urinari(fosfato ed ammoniaca) e solo in piccola parte informa libera. Per ogni ione H+ secreto nel lume, che si combina

con un tampone diverso dall’ HCO3- , un nuovo ione

HCO3- viene immesso nel sangue.

Gli ioni H+ secreti a livello tubulare (4400mmol/die) vengono in gran parte (4320 mmol/die)utilizzati per il riassorbimento di HCO3

- neltubulo prossimale. La parte rimanente (80 mmol/die) è escreta con

le urine in gran parte associata a tamponi urinari(fosfato ed ammoniaca) e solo in piccola parte informa libera. Per ogni ione H+ secreto nel lume, che si combina

con un tampone diverso dall’ HCO3- , un nuovo ione

HCO3- viene immesso nel sangue.

Cellule tubulari

Filtrazione

HCOHCO33--

ATPATPNaNa++

KK++

+HCOHCO33--

NaNa++

HH++HH+++

Il riassorbimento degli HCO3- filtrati avviene grazie

alla secrezione di ioni H+ nel tubulo prossimaleSa

ngue

Sang

ue

Liquidointerstiziale Lume

tubulare

ATPATPKK++

HH22COCO33

HH22OOCOCO22++COCO22+

HH22OO

HH22COCO33

NaNa++

AnidrasiAnidrasicarbonicacarbonica

Per ogni ione H+ secreto nellume, uno ione HCO3

- vieneriassorbito e passa nel sangue

• Nell’alcalosi, gli ioni HCO3- che sono in eccesso

rispetto agli ioni H+ non possono essere riassorbiti permancanza di H+ e sono quindi escreti con le urine.

• Nelle acidosi, aumenta il tamponamento degli H+ ineccesso da parte di fosfato ed ammoniaca che porta allaformazione di nuovo HCO3

-.

• Nell’alcalosi, gli ioni HCO3- che sono in eccesso

rispetto agli ioni H+ non possono essere riassorbiti permancanza di H+ e sono quindi escreti con le urine.

In condizioni di acidosi il sistema tampone prevalente èquello dell’NH3.• NH3 deriva dal metabolismo della glutamina, grazieall’azione di un enzima, la glutaminasi.• NH3 si combina con H+ formando lo ione ammonio NH4

+.• La formazione di NH3 dalla glutamina è associata aproduzione di HCO3

- che torna nel sangue.

Nell’acidosi aumenta il metabolismo renale dellaglutamina, con conseguente aumento dell’escrezione diNH4

+ che diventa il meccanismo prevalente perl’eliminazione di H+.

In condizioni di acidosi il sistema tampone prevalente èquello dell’NH3.• NH3 deriva dal metabolismo della glutamina, grazieall’azione di un enzima, la glutaminasi.• NH3 si combina con H+ formando lo ione ammonio NH4

+.• La formazione di NH3 dalla glutamina è associata aproduzione di HCO3

- che torna nel sangue.

Nell’acidosi aumenta il metabolismo renale dellaglutamina, con conseguente aumento dell’escrezione diNH4

+ che diventa il meccanismo prevalente perl’eliminazione di H+.

Meccanismi deltubulo prossimale

coinvolti nelmantenimento

dell’equilibrio acido-base

Alterazioni equilibrioacido-base

Alterazioni equilibrioacido-base

• Si ha acidosi quando il rapporto HCO3-/CO2 diminuisce.

Se il rapporto diminuisce per perdita di HCO3- l’acidosi è

definita metabolica (non-respiratoria), se per aumentodi CO2 l’acidosi è definita respiratoria

• Si ha alcalosi quando il rapporto HCO3-/CO2 aumenta.

Se il rapporto aumenta per aumento di HCO3- l’alcalosi è

definita metabolica (non-respiratoria), se perdiminuzioni di CO2 l’alcalosi è definita respiratoria

• Si ha acidosi quando il rapporto HCO3-/CO2 diminuisce.

Se il rapporto diminuisce per perdita di HCO3- l’acidosi è

definita metabolica (non-respiratoria), se per aumentodi CO2 l’acidosi è definita respiratoria

• Si ha alcalosi quando il rapporto HCO3-/CO2 aumenta.

Se il rapporto aumenta per aumento di HCO3- l’alcalosi è

definita metabolica (non-respiratoria), se perdiminuzioni di CO2 l’alcalosi è definita respiratoria

Criteri diagnostici:Misurare su campioni di sangue arterioso legrandezze che permettono la distinzione fraalcalosi-acidosi, come fra forme respiratorie enon-respiratorie:• pH, indica la presenza di squilibrio acido-base• pCO2 permette di distinguere un’alterazioneprimaria di tipo respiratorio• Concentrazione HCO3

- permette di riconoscereun’alterazione primaria di tipo respiratorio ometabolico (non respiratorio)

Criteri diagnostici:Misurare su campioni di sangue arterioso legrandezze che permettono la distinzione fraalcalosi-acidosi, come fra forme respiratorie enon-respiratorie:• pH, indica la presenza di squilibrio acido-base• pCO2 permette di distinguere un’alterazioneprimaria di tipo respiratorio• Concentrazione HCO3

- permette di riconoscereun’alterazione primaria di tipo respiratorio ometabolico (non respiratorio)

I compensi sono:

Respiratori (solo nelle alterazioni metaboliche):

acidosi iperventilazione

alcalosi ipoventilazione

Renali (nelle alterazioni respiratorie emetaboliche):

Acidosi aggiunta netta HCO3- al sangue +

maggiore escrezione NH4+ e H+ libero nelle

urine.

Alcalosi aumentata escrezione HCO3- +

assenza escrezione NH4+ e H+ liberi nell’urina.

I compensi sono:

Respiratori (solo nelle alterazioni metaboliche):

acidosi iperventilazione

alcalosi ipoventilazione

Renali (nelle alterazioni respiratorie emetaboliche):

Acidosi aggiunta netta HCO3- al sangue +

maggiore escrezione NH4+ e H+ libero nelle

urine.

Alcalosi aumentata escrezione HCO3- +

assenza escrezione NH4+ e H+ liberi nell’urina.

Acidosi respiratoria (per aumento pCOAcidosi respiratoria (per aumento pCO22))

+ HCO3- ↓pHpCO2

Fase acuta:

• Tamponamento da parte di proteine (Emoglobina)

HCO3- + H+H2CO3CO2 + H2O

↓pHHCO3-

Compenso renale:• secrezione H+

• Tutto l’HCO3- è riassorbito

• escrezione NH4+ formazione nuovo HCO3

-

Fase acuta:

• Tamponamento da parte di proteine (Emoglobina)

Cause di acidosi respiratoriaCause di acidosi respiratoriaOppiacei, barbiturici, anestetici

Lesioni del sistema nervosocentrale

Inibizione centrorespiratorio

Disordini neuromuscolariRiduzione della funzionalità della

muscolatura respiratoria conconseguente diminuzione della

ventilazione

Ostruzione vie aereeOstruzione vie aeree Broncopneumopatie ostruttive

Disordini degli scambigassosi

• Polmonite• Edema polmonare

Diminuzioni della compliancetoraco-polmonare

• Cifoscoliosi• Fibrosi polmonare

• Pneumotorace

Acidosi metabolica (per aumento HAcidosi metabolica (per aumento H++ o perdita HCOo perdita HCO33--))

↓pH ↓HCO3- +pCO2

Compenso respiratorio:

• Iperventilazione ↓pCO2


• Tutto HCO3- riassorbito

• escrezione NH4+ (formazione nuovo HCO3

-)

H+ + HCO3- H2O + CO2H2CO3

pCO2↓pH ↓HCO3-


• Iperventilazione ↓pCO2


• Tutto HCO3- riassorbito

• escrezione NH4+ (formazione nuovo HCO3

-)

Eccessivaproduzione od

ingestione di H+

Cheto-acidosi:• Diabete mellito

• Alcolismo• Denutrizione

Acidosi lattica:• Ipossiemia

• Anemia• Avvelenamento da CO

• Esercizio intenso

Ingestione farmaci o sostanzetossiche:

• Metanolo (acido formico)• Etanolo

• Salicilati• Glicole etilenico

• Cloruro di ammonio

Cause di acidosi metabolicaCause di acidosi metabolica Cheto-acidosi:• Diabete mellito

• Alcolismo• Denutrizione

Acidosi lattica:• Ipossiemia

• Anemia• Avvelenamento da CO

• Esercizio intenso

Ingestione farmaci o sostanzetossiche:

• Metanolo (acido formico)• Etanolo

• Salicilati• Glicole etilenico

• Cloruro di ammonio

Incapacità dieliminare H+ • Insufficienza renale cronica

Perdita di HCO3-

• Diarrea• Insufficiente riassorbimento

renale di HCO3-Perdita di HCO3

-

• Diarrea• Insufficiente riassorbimento

renale di HCO3-

Alcalosi respiratoria (per diminuzione pCOAlcalosi respiratoria (per diminuzione pCO22))

Compenso renale:• ↓secrezione H+

• ↓riassorbimento e escrezione HCO3-

• ↓escrezione NH4+

+ ↓HCO3- pH↓pCO2


↓pCO2pH↓HCO3

-




Cause di alcalosi respiratoriaCause di alcalosi respiratoria• Setticemia da Gram negativi• Intossicazione da salicilato

• Disordini neurologici (tumori, ictus)Stimolazione centro

respiratorio

Carenza di ossigenoche stimola

l’iperventilazione

• Altitudini elevate• Anemia grave

Ventilazione meccanica Iperventilazione


• Ipoventilazione pCO2




Alcalosi metabolica (per aumento HCOAlcalosi metabolica (per aumento HCO33-- o perdita Ho perdita H++))

pH HCO3- + pCO2


↓pCO2pH↓HCO3

-


• Ipoventilazione pCO2




Perdita di H+

• Vomito (Perdita di H+ gastrici)• Patologie che portano ad aumentatasecrezione di H+ dalle cellule renali

Ingestione osomministrazione

eccessiva di HCO3-

• Ingestione di antiacidi• HCO3

- endovenoso

Cause di alcalosi metabolicaCause di alcalosi metabolica

Ingestione osomministrazione

eccessiva di HCO3-

Analisi dei disturbi acido-base sempliciParametri misurati nel sangue arterioso

Acidosi< 7.4 > 7.4

AlcalosipH

HCO3-

< 24 mEq/lpCO2

> 40 mmHgHCO3

-

> 24 mEq/lpCO2

< 40 mmHg

Metabolica

Compensorespiratorio

pCO2< 40 mmHg

Respiratoria

CompensorenaleHCO3

-

> 24 mEq/l

Metabolica

pCO2> 40 mmHg

Respiratoria

Compensorenale

HCO3-

< 24 mEq/l

Compensorespiratorio

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