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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!