Acidobazická rovnováha a její poruchy

Transkript

1 Kyseliny y vs. báze Acidobazická rovnováha a její poruchy definice: BronstedLowry (192) normální A:B poměr 1:20 Kyselina: H donor Báze: H akceptor síla je definována jako tendence odevzdat (popř. přijmout) hydrogenový iont do (z) rozpustidla (tj. vody v biologických systémech) Shrnutí základních údajů Regulace AB rovnováhy Patofyziologie nejvýznamnějších poruch ph Proč je ph tak důležité? ph je nepřímým ukazatelem [H ] ph = log 10 [H ] CAVE! Hydrogenové ionty (tj. protony) neexistují v roztoku volně ale jsou vázány s okolními molekulami vody vodíkovými vazbami (H O ) [H ] o faktor 2 způsobuje ph o 0. neutrální vs. normální ph plazmy ph 7.4 ( ) normální ph 7.0 neutrální ale fatální!!! ph nmol/l ph nmol/l ph nmol/l ph nmol/l [H ] v nmol/l, [K, Na, Cl, HCO ] v mmol/l; přesto je [H ] zásadní: ph má efekt na funkci proteinů vodíkové vazby = D struktura = funkce všechny známé nízkomolekulární a ve vodě rozpustné sloučeniny jsou téměř kompletně ionizovány při neutrálním ph phdependentní ionizace (tj. náboj) slouží jako účinný mechanismus intracelulárního zadržení ionizovaných látek v cytoplazmě a organelách výjimky: makromolekuly (proteiny) většinou nesou náboj, zadrženy díky velikosti nebo hydrofobicitě lipidy ty které zůstávají intracelulárně jsou vázány na proteiny odpadní produkty je cílem se jich zbavit

2 Nejdůležitější j ph je intracelulární ph je neustále narušováno metabolismem intracelulární ph je udržováno zhruba neutrální ( 6.8 při 7 C) protože toto je ph při kterém jsou intermediární metabolity ionizovány a zadrženy v buňce pn [H ] = [OH ] pn=7.0 při 25 C pro čistou H 2 O pn=6.8 při 7 C intracelulárně extracelulární ph je vyšší o cca 0.5 až 0.6 ph jednotek, což reprezentuje zhruba 4násobný gradient usnadňující přestup H z buňky stabilita intracelulární [H ] je zásadní pro metabolizmus stabilní intracelulární ph je udržováno: pufrováním (chemické, metabolické, sekvestrace v organelách) p 2 změnami arteriálního pco 2 únikem fixních kyselin z buňky do extracelulární tekutiny volatilní kyseliny CO 2 (resp. H 2 CO ) 12,000 24,000 mmol/den kompletní oxidace glukózy a mastných kys. 5% rozpuštěný CO 2 H 2 O H 2 CO H HCO 5% rozpuštěný 80% CO 2 H 2 O (CA) H 2 CO H HCO 10% CO 2 (karbamino)hb pco 2 centr. a perif. chemoreceptory resp. centrum (medula obl.) resp. svaly pco 2 = V CO2 / V A METABOLISMUS kontinuální produkce kyselin anaerobní glykolýza, ketogeneze, aminokyseliny, nukleotidy H EXKRECE fixní kyseliny laktát, fosfát, sulfát, acetoacetát, b hydroxybutyrát, (resp. jejich kyseliny) mmol/den PUFRY [H ] = 24 x (pco 2 / [HCO ]) reabsorpce bikarbonátu sekrece H Pufry Orgány zapojené v regulaci ABR extracelulární kys. uhličitá č / bikarbonát (H 2 CO / HCO ) HendersonHasselbachova rovnice: ph = 6.1 log([hco ] / 0.0 pco 2 ) hemoglobin intracelulární proteiny kys. fosforečná / (di)hydrogenfosfát (H PO 4 / H 2 PO 4 HPO 2 4 ) v rovnováze s plazmou vysoká pufrovací kapacita hemoglobin hlavní pufr pro CO 2 exkrece CO 2 alveolární ventilací: minimálně 12,000 mmol/den reabsorpce filtrovaného bikarbonátu: 4,000 až 5,000 mmol/den exkrece fixních kyselin (aniont a příslušný H ): cca 100 mmol/den

3 Orgány zapojené v regulaci ABR Regulace resp. systémem CO 2 CO 2 produkce kompletní oxidací substrátů 20% celkové denní produkce metabolismus organických kyselin laktát, ketony a aminokyseliny metabolismus amoniaku přeměna NH 4 na ureu spotřebovává HCO produkce plazmatických proteinů zejm. albumin (viz anion gap) kostní anorganická matrix = krystaly hydroxyapatitu (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] příjem H výměnou za Ca 2, Na a K při dlouhodobé acidóze (např. urémie, RTA) uvolňování HCO, CO a HPO 2 4 resorpce kosti ale součást patogeneze poruchy, ne kompenzační č mechanizmus ABR!!! změny ve stimulaci respiračního centra pomocí pco 2, H (a po 2 <60mmHg) změna alveolární ventilace poruchy pa CO2 = V CO2 / V a acidemie mozkové respirační centrum alveolární ventilace CO 2 alkalemie mozkové respirační centrum alveolární ventilace CO 2 Celkové CO2 : = [HCO ] [H 2 CO ] [karbamino CO 2 ] [rozpuštěný CO 2 ] Regulace ledvinami H & HCO proximální tubulární mechanizmy: reabsorpce filtrovaného HCO produkce NH 4 z glutaminu v prox. tubulu za současné č tvorby HCO většina recykluje v dřeni ledviny pokud odvedeno krví zpět do oběhu, metabilizace v játrech za vzniku močoviny distální tubulární mechanizmy: net exkrece H normálně 70mmol/den max. 700mmol/den společně s proximálním tubulem se může exkrece H zvýšit 1000x!!! ( ph moči 4.5) titrovatelné acidity (TA) = fosfáty obohacení luminální tekutiny ti o NH 4 reabsorpce zbývajícího HCO intersticium buňka proximálního tubulu lumen Regulace Na ABR Na v úsecích nefronu ATP Na 2 K HCO ATP H HCO H H CA H 2 CO H 2 O CO 2 CA CA CA HCO H 2 CO CO 2 H 2 O intersticium buňka proximálního tubulu lumen HCO GLUTAMIN glutamináza GLUTAMÁT NH 4 glutamátdehydrogenáza aketoglutarát NH 4 HCO Na

4 Na /K ATPáza elektrogenní (poměr Na :2 K ) energie pro sekundárněaktivní transporty s Na Hodnocení AB rovnováhy Arteriální krev (interval) Smíšená žilní krev (interval) ph ph [H ] 40 nmol/l 6 44 paco 2 40 mmhg 5 45 pco kPa [HCO ] 25 mmol/l [HCO ] BE ±2 BE AG 12 meq/l Saturace Hb 95 % Saturace Hb po 2 95 mmhg po Poruchy AB rovnováhy Příčiny Acidóza vs. alkalóza: abnormální stav vedoucí k poklesu resp. vzrůstu ů arteriálního ph před tím než s uplatní sekundární kompenzační faktory Izolované vs. smíšené AB poruchy Poruchy jsou definovány podle jejich efektu na ph ECT Acidemie: arteriální ph<7.6 (i.e. [H]>44 nm) Alkalemie: arteriální ph>7.44 (i.e. [H]<6 nm) Primární porucha pufry (= kompenzace) regulační č orgány (= korekce) k Respirační abnormální proces vedoucí ke změně ph v důsledku primární změny pco 2 acidóza alkalóza pufrování především intracelulární proteiny kompenzace hyperventilace zpravidla omezená, byla příčinou poruchy korekce renální Metabolické abnormální proces vedoucí ke změně ph v důsledku primární změny [HCO ] acidóza alkalóza pufrování především bikarbonátový systém kompenzace a korekce hyperventilace renální

5 zvýšená produkce CO 2 paco 2 =VCO 2 / VA Řízení dýchání Respirační acidóza ventilace je řízena kombinací neurogenních a chemických faktorů nejsilnějším stimulujícím faktorem pro ventilaci je nárůst PaCO, který 2 zvyšuje [H ] v cerebrospinálním moku (centrální í chemoreceptory) ) senzitivita na tuto stimulaci může být oslabena u některých plicních nemocí při nárůstu [H ] u metabolických acidóz se zvýší ventilace a poklesne PaCO2 jako kompenzační mechanismus (tzv. hluboké Kussmaulovo dýchání) hypoxemie (periferní í chemoreceptory glomus caroticum a aortální tělíska) je řídícím stimulem až při výrazném poklesu PaO 2 <7. kpa (55 mmhg) ph v důsledku PaCO 2 >40 mmhg = hyperkapnie akutní ( ph) chronická ( ph nebo normální ph) renální kompenzace retence HCO ( 4 dny) příčiny: pokles alveolární ventilace ostatní mnohem méně obvyklé příčiny zvýš. koncentrace CO 2 ve vdechovaném vzduchu Nedostatečná alveolární ventilace Metabolické důsledky hyperkapnie p Centrální (CNS) příčiny útlum dechového centra léky, při úrazech hlavy, mozkové mrtvici, nádorech mozku hypoventilace při obesitě (Pickwickův syndrom) úraz páteře poliomyelitis tetanus srdeční zástava s mozkovou hypoxií Nervové a svalové poruchy autoimunitní (GuillainBarre syndrom) myasthenia gravis myorelaxncia toxiny (organofosfáty, hadí jed) myopatie Plicní onemocnění a hrudní defekty obstrukční i restrikční choroby plic trauma hrudníku, pneumothorax plicní edém polknutí tekutiny nebo cizího tělesa Nemoci dýchacích cest laryngospasmus bronchospasmus / astma Zevní faktory nedostatečná mechanická ventilace CO 2 pohotově proniká plazm. mebránou útlum intracelulárního metabolizmu extrémně vysoká hyperkapnie: p anestetický efekt (pco 2 >100mmHg) příznaky z hypoxemie stimulace SNS tachykardie pocení Arteriální pco 2 >90 mmhg není kompatibilní se životem u pacienta dýchajícího okolní vzduch: pao 2 = [0.21 x (760 47)] 90/0.8 = 7 mmhg zvýšený pco 2 cerebrální perfůze intrakraniální tlak stimulace ventilace periferní vasodilatace RENÁLNÍ KOMPENZACE

6 Respirační acidóza kompenzace Metabolická acidóza Akutní především pufrováním! cca 99% pufrování intracelulárně proteiny (vč. č hemoglobinu) a fosfáty jsou nejdůležitější pro CO 2 ale jejich koncentrace je nízká v poměru k množství CO 2 které je potřeba pufrovat bikarbonátový systém nemůže pufrovat sám sebe u RA Efektivita kompenzatorní hyperventilací zpravidla omezena porucha ventilace byla příčinou stavu!!! Chronická renální kompenzace retence HCO, maximum za až 4 dny paco 2 pco 2 v prox. a dist. tubulu H sekrece do lumen: HCO produkce (tj. plazma [HCO ] vzroste) Na reabsorpce výměnou za H NH 4 produkce a sekrece k pufrování H v tubulárním lumen, regenerace HCO ph v důsledku HCO patofyziologicky: fixních [H ] = vysoký anion gap absolutní ztráta nebo reabsorpce HCO = normální anion gap AG = [Na ] [Cl ] [HCO ] anion gap (AG) = koncentrace všech běžně neměřených aniontů v plazmě zjem. negativně nabité proteiny (~10% plazmatických aniontů) další anionsty(např. laktát, acetoacetát, sulfát) Metabolická acidóza klasifikace Etiologie metabolické acidózy (MA) vysoký anion gap Na AG fyziologická situace Na AG HCO HCO Cl Cl normální anion gap Na AG HCO ketoacidóza renální tubulární laktátová acidóza acidóza renální selhání ztráta HCO v GIT toxiny Cl Vysoký AG ketoacidózaa diabetes alkoholismus hladovění laktátová acidóza typ A porucha perfuze typ B terapie diabetu biguanidy renální selhání akutní chronické = urémie intoxikace ethylenglykol methanol salyciláty Normální AG ( hyperchloremická ) renální renální tubulární acidóza GIT průjem enterostomie drenáž pankreatické štávy nebo žluče fistula tenk. střeva

7 MA metabolické důsledky Běžné typy MA ketoacidóza respirační hyperventilace (Kussmaulovo dýchání) posun disociační křivky hemoglobinu kardiovaskulární další zvýšená kostní resorpce (pouze u chronické acidózy) únik K z buňek hyperkalemie (relativní) stimulace SNS tachykardie vasokonstrikce deprese srdeční kontraktility arytmie (hyperkalemie) pokles HCO HYPERVENTILACE KUSSMAULOVO DÝCHÁNÍ základní poruchy zvýšená lipolýza v tukové tkáni mobilizace MK zvýšená produkce ketolátek z acetyl CoA (lipolýza TG) v játrech (βhydroxybutyrát, acetoacetát, aceton) jejich vzájemný poměr závisí na poměru NADH/NAD regulačně č ě je to důsledek d inzulin/glukagon katecholaminy, glukokortikoidy (1) Diabetická hyperglykemie precipitující faktory (stress, infekce) lipolýza (inzulin, katecholaminy) MK dysregulace metabolismu MK v játrech (inzulin, glukagon) oxidace MK acetyl CoA ketogeneze klin. projevy jsou důsledkem hyperglykemie a ketoacidózy (2) Alkoholická typicky chron. alkoholik několik dní po posledním excesu, hladovějící metabolizace etanolu na acetaldehyd a acetát spotřebovává NAD inhibice glukoneogeneze, favorizuje ketogenezu () Hladovění Běžné typy MA laktátová acidóza za normálních okolností veškerý laktát recykluje!! pyruvát kompletní oxidace glukoneogeneze (60% játra, 0% ledvina) renální práh pro laktát (~5mmol/l) za norm. okolností zajišťuje kompletní reabsorbci laktátová acidóza zvýšená produkce fyzická námaha, křečové stavy jaterní metabolismus je tak efektivní, že tyto stavy samy o sobě nevedou k déledobější acidóze porucha metabolizace laktátu typ A = hypoxická šok (hypovolemický, distribuční, kardiogenní), hypotenze, anemie, srd. selhání, jaterní selhání, malignity, nejčastěji kombinace!!! typ B = inhibice kompl. metabolismu nejč. léky biguanidy (inhibice ox. fosforylace v mitochondriích) Metabolická alkalóza (MAL) ph v důsledku HCO patofyziologicky klasifikace podle toho, jak je změněn cirkulující volum: (A) hypovolemická MAL v důsledku ztráty kyselé ECF typicky prolongované zvracení či odsávání žal. šťávy nadužívání diuretik (mimo acetazolamid a Kšetřící) kompenzatorní retence Na v ledvině (aldosteron) je provázena renální exkrecí H kongenit. hypochloremie některé průjmy (sekreční Cl ztráty) diabetes insipidus Barterův syndrom (B) normo/hypervolemická MAL posthyperkapnická zvýš. přísun bází (antacida / NaHCO, CaCO ) primární hyperaldosteronismus sekundární hyperaldosteronismus (např. renovask. hypertenze) Cushingův syndrom jaterní selhání (terciární hyperaldosteronismus) kombinováno s RAL v důsledku stimulace resp. centra metabolity kompenzace pufry retence pco 2 poklesem stimulace resp. centra ale omezená kompenzace, protože při ~ pco 2 =55mmHg již přebírá kontrolní roli kyslík renální kompenzace rovněž omezena, protože ledvina je buď důvodem vzniku poruchy (B) anebo je zásadní úprava hypovolémie (A) a pak se podílí na vzniku bludného kruhu

8