Acidobazická rovnováha (ABR)

Acidobazická rovnováha (ABR) Definice ph ph = log c(h + ) ph = 7,4 c(h + ) = 40 nm (H + ) = ph kyselina látka odštěpující H + (Arrhenius) nebo donor H + (Brönsted) zásada látka odštěpující OH (Arrhenius) nebo akceptor H + (Brönsted) disociační konstanta HA H + + A K = [H + ] x [A ] / [HA] pk = log K pufry systémy zmírňující výkyvy ph po přidání kyseliny nebo zásady Zdroj kyselin: Osud kyselin: Zdroj zásad: hlavně metabolismus další metabolické přeměny nebo vyloučení z organismu hlavně potrava Metabolické kyseliny (tj. netěkavé vylučovány ledvinami) glukóza kyselina mléčná laktát + H + mastné kyseliny ketolátky: kyselina acetoctová acetacetát + H + (pk = 3,8) kyselina βhydroxymáselná βhydroxybutyrát + H + (pk = 4,4) aminokyseliny obsahující síru (Cys, Met): SH H 2 SO 4 sulfát + 2 H + fosfolipidy H 3 PO 4 2 H + + HPO 4 2 (pk 3 = 12,7 do třetího stupně nedisociuje) (denně vyloučeno: 70 mmol netěkavých kyselin, hlavně fosfátů a sulfátů) Respirační kyselina (tj. těkavá: vydýchatelná vylučována plícemi) CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + (denně vyloučeno: 20 000 mmol CO 2 ) Potraviny a) acidifikující organismus: volné kyseliny nebo látky, jejichž metabolismem kyseliny vznikají (normálně jsou většinou kompletně zoxidovány na CO 2 a vodu); při překročení kapacity pufrů: ph (viz. vylučování kyselin z organismu ledvinami: ph moči je kyselejší než ph krve = kyseliny jsou odpadním produktem metabolismu) b) alkalizující organismus: dodávají do těla báze, přispívají ke zvýšení koncentrace HCO 3 (ovoce, zelenina obsahují soli organických kyselin) Pořadí systémů zodpovídajících za udržování ABR: 1. pufry (regulují především výkyvy ph při běžném metabolismu: krátkodobá, akutní regulace několik sec.) 2. plíce (rychlá regulace pco 2 minuty, hodiny) 3. ledviny (zadržování nebo vylučování H + vliv na vylučování nebo vstřebávání HCO 3 ) Na udržování ph krve se podílí také játra (syntéza močoviny, přeměna laktátu) a myokard (oxidace ketolátek). játra: a) NH 4 + močovina + 2 H + okyselení organismu CO 2 + 2 NH 4 + CO(NH 2 ) 2 + 2 H + + H 2 O H + + HCO 3 H 2 O + CO 2 (spotřeba HCO 3 ) b) NH 4 + syntéza glutaminu netvoří se H +, glutamin je vychytáván ledvinami vylučování H + ve formě NH 4 + 1

Pufry celkem bikarbonátový: HCO 3 / CO 2! otevřený systém: neustále vylučován a opět doplňován mtb! * fosfátový: HPO 2 4 / H 2 PO 4 anorganický nebo organicky vázaný (= estery: meziprodukty mtb) hemoglobin: Hb / HbH + pk (HHbO 2 ) = 6,17 pk (HHb) = 7,82 proteiny: proteiny / proteinh + (viz. kyselé a zásadité aminokyseliny) HandersonHasselbalchova rovnice ph = pk + log c s / c k c s báze pufru c k nedisociovaná slabá kyselina ph = pk + log (HCO 3 / CO 2 ) = pk + log (HPO 2 4 / H 2 PO 4 ) = pk + log (Hb / HbH + ) 7,4 = pk H2CO3 + log (HCO 3 / α x pco 2 ) = pk H2PO4 + log (HPO 2 4 / H 2 PO 4 ) = pk HbH + log (Hb / HbH + ) α = faktor konverze přepočet tlaku CO 2 na molární koncentraci v mmol/l jeli pco 2 v kpa α = 0,226 jeli pco 2 v Torr α = 0,03 pufry nejlépe pufrují při ph = pk ± 1 ph = pk + log (1 / 1) ph = pk při c s = c k ph = pk + log (10 / 1) ph = pk + 1 při c s = 10x vyšší než c k ph = pk + log (1 / 10) ph = pk 1 při c s = 10x nižší než c k Ze vztahu mezi hodnotami ph a pk lze naopak také vypočítat poměr koncentrací báze / kyselina: při ph > pk je c s > c k (viz. např. ph = pk + 1) rovnováha reakce HA H + + A je posunuta vpravo ph < pk je c s < c k (viz. např. ph = pk 1) rovnováha reakce HA H + + A je posunuta vlevo ph = pk je c s = c k reakce zleva do prava a zpět probíhá stejně rychle složení pufračních systémů (poměr báze / kyselina) lze pro dané ph tělních tekutin odhadnout z pk HA pk H2CO3 = 6,1 HCO 3 / CO 2 20 / 1 při ph = 7,4 7,4 = (6,1 + log 20) = 6,1 + 1,3 = 7,4 pk H2PO4 7,0 HPO 4 2 / H 2 PO 4 v krvi (ph = 7,4) převažuje HPO 4 2, v moči (ph = 6) H 2 PO 4 (ph > pk) (báze) (ph < pk) (kys.) * [HCO 3 ] / [CO 2 ] 20 / 1 = 20 přídavek H + HCO 3 + H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 (tj. HCO 3 a CO 2 ) [HCO 3 ] / [CO 2 ] (20 1) / (1 + 1) = 19 / 2 = 9,5 ale CO 2 je vydýchán ( otevřený systém ) [HCO 3 ] / [CO 2 ] (20 1) / (1 + 0) = 19 / 1 = 19 poměr [HCO 3 ] / [CO 2 ] se změní nepatrně pouze malá změna ph hydrogenuhličitan = bicarbonicum (lat.), bicarbonate (angl.) 2

Hlavní pufrační systémy lokalizace pufry komentář ISF bikarbonátový pufruje metabolické kyseliny fosfátový proteiny nízká koncentrace malý význam nízká koncentrace malý význam krev bikarbonátový pufruje metabolické kyseliny hemoglobin plazmatické proteiny fosfátový pufruje CO 2 (vznik kyseliny uhličité) minoritní ICF proteiny významný pufr fosfátový nízká koncentrace malý význam významný pufr moč fosfátový odpovídá za většinu tzv. titrovatelné acidity moči amoniakální významný: odstraňování aminodusíku i protonů; kation! Pufry krve pufr plazma erytrocyty celkem HCO 3 / CO 2 35 % 18 % 53 % Hb / HbH + 35 % 35 % plazmatické proteiny 7 % 7 % anorganický fosfát 1 % 1 % 2 % organický fosfát 3 % 3 % 43 % 57 % 100 % Vylučování CO 2 plícemi viz. Biochemie krve a dýchání Vylučování protonů ledvinami (koncentrační gradient: v moči je až 1000x vyšší koncentrace protonů než v buňce) proximální tubulus: vylučování H + výměnou za vstřebaný Na + (luminální membrána, antiport) Na/KATPáza na bazální straně distální tubulus: aktivní (ATP) sekrece H + proximální tubulus: Na + HCO 3 Na + (vstřebává se) a H + (vylučován) H + + HCO 3 H 2 CO 3 H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 CO 2 se vstřebá a v tubulární buňce opět rozpadne na H + a HCO 3 kyselá moč: a) vstřebávání HCO 3 b) pufrování fosfátovým pufrem (ph moči < pk H2PO4 ): H + + HPO 4 2 H 2 PO 4 c) vylučování H + ve formě NH 4 + Vylučování H + a K + ledvinami je stimulováno aldosteronem (výměna H + za vstřebaný Na +!). resorpce HCO 3 Kalémie acidóza vyplavování K + z buněk hyperkalémie ztráty K + močí (při následné rychlé alkalizaci organismu se K + vrací do buňky, což vede k hypokalémii nebezpečí hlavně pro srdce přenos signálu na membráně) alkalóza K + nahrazuje nedostatek H + v buňkách pokles K + v krvi hypokalémie; místo H + se do moči vylučuje K + (výměnou za Na + ) 3

Pufrování moči 1) za každý vyloučený H + se vstřebá 1 HCO 3 (pk = 6,1) 2) v kyselé moči: nadbytek H + + HPO 4 2 H 2 PO 4 vylučování spolu s kationtem (pk = 6,7 7,2) 3) vylučovaný aminodusík váže H + : NH 3 + H + NH 4 + (chronická acidóza méně urey, více NH 4 + ) vylučování aminodusíku může být silně redukováno nebo naopak velmi zvýšeno ( aktivity glutaminázy v ledvinách = při chronické acidóze); glutamináza štěpí Gln na Glu a NH 4 + vyloučen do moče Jako H 2 PO 4 se vyloučí 20 mmol H + (tzv. titrovatelná acidita moči), jako NH 4 + 50 mmol H + za den. (pk NH4+ = 9,3; tj. v moči je amoniak protonizován, reakce NH 4 + H + + NH 3 probíhá zprava do leva) Resorpce fosfátů do krve parathirin, kalcitonin: inhibují resorpci kalcitriol: aktivuje resorpci Fyziologické hodnoty ABR (dle NČLP) ph 7,36 7,44 po 2 8,9 14,7 kpa pco 2 4,80 5,90 kpa [HCO 3 ] 24 ± 2 mm BE 0 ± 2,5 mm (base excess = nadbytek bází; jeli hodnota negativní, jde o nedostatek bází) Poruchy ABR (akutní nebo kompenzované) klinicky definovány podle změn bikarbonátového systému a) respirační = primární poruchou je změna pco 2 (porucha respirace) hyper nebo hypokapnie b) metabolické = primární poruchou je změna koncentrace HCO 3 ( pufrováním metabolických kyselin nebo zvýšeným vylučováním / ztrátami z organismu) acidóza nahromadění kyselých nebo ztráta alkalických metabolitů alkalóza nahromadění alkalických nebo ztráta kyselých metabolitů Kompenzace snaha organismu o normalizaci ph při delším trvání poruchy jeden systém nahrazuje porušenou funkci systému jiného. Cílem je vrátit ph co nejblíže k fyziologické hodnotě. respirační poruchy jsou kompenzovány ledvinami kyselá nebo alkalická moč (3 5 dní) metabolické poruchy jsou kompenzovány plícemi hyper nebo hypoventilace (12 24 hodin) nebo korigovány ledvinami (korekce) Příčiny acidózy respirační: hypoventilace ( pco 2 ) metabolická: vážné průjmy ( HCO 3 ), DM (ketoacidóza), vytrvalé cvičení, hypoxie ( laktátu), urémie Příčiny alkalózy respirační: hyperventilace ( pco 2 ) metabolická: zvracení ( HCl), alkalizující léky 4

Respirační acidóza (RAc) příčina: hypoventilace CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + H + + Hb HbH + nárůst pco 2 pokles ph nárůst HCO 3 a úbytek bází jiných pufrů, hlavně Hb BE = 0 při po 2 laktátu (kombinace s MAc) kompenzace: vstřebávání HCO 3 ledvinami (kyselá moč) pozitivní BE (= pufrování úbytek báze) Při pco 2 dochází k aktivaci dechového centra, jeho vnímavost však klesá při hodnotách pco 2 nad 8 kpa jediným stimulem se pak stává po 2. Respirační alkalóza (RAl) příčina: hyperventilace CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + HbH + Hb + H + (= pufrování nárůst báze) pokles pco 2 vzrůst ph úbytek HCO 3 a nárůst bází jiných pufrů BE = 0 alkalické ph: protein + Ca 2+ Caproteinát + 2 H + pokles konc. Ca 2+ v plazmě (otevření Na + kanálů a zvýšení excitability tetanické křeče) kompenzace: zvýšené vylučování HCO 3 ledvinami negativní BE Metabolická acidóza (MAc) příčina: 1) nadprodukce kyselin (H + ) v metabolismu (ketolátky, laktát, otravy) vysoký anion gap 2) zvýšené vylučování HCO 3 normální anion gap (tzv. hyperchloremická MAc) Anion gap (AG) je hodnota důležitá pro diferenciální diagnostiku. ad1) metabolismus H + H + + HCO 3 H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 a H + + báze nebikarbonátových pufrů (= pufrování) hyperventilace (= kompenzace) pokles BE (HCO 3 i jiných bází) + kyselá moč zvýšené vstřebávání HCO 3 ad2) ztráty HCO 3 např. při průjmech, inhibitory CA pokles ph negativní BE kyselá moč ( fosfáty a NH 4 + ), snížené vylučování HCO 3 hluboké dýchání (stimulace dechového centra vysokou koncentrací H + ) později pco 2 (komp.) kompenzace: hyperventilace další pokles HCO 3 Nejčastější je laktátová acidóza (nedostatečná oxygenace krve a tkání, porucha odbourávání laktátu) 5

Metabolická alkalóza (MAl) = závažná porucha (hůře snášena i kompenzována než MAc) příčina: 1) zvýšené vylučování protonů (např. zvracení, vstřebávání NaHCO 3 = mineralokortikoidů) 2) zvýšený přísun alkálií H + CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + další pufry H + (= pufrování HCO 3 aj. bází pufrů pozitivní BE) protein + Ca 2+ Caproteinát + 2 H + pokles konc. Ca 2+ otevírá Na + kanály zvýšená excitabilita tetanické křeče zvýšení ph pozitivní BE K + v krvi tzv. hypokalemická alkalóza (nadměrné vylučování K + močí) poruchy srdečního rytmu kompenzace: hypoventilace (nedokonalá kompenzace hyperkapnie a hypoxemie) pco 2 Vladimíra Kvasnicová 6