ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

Prof. Univ. Dr. Daniela Adriana ION

UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ŞI FARMACIE „CAROL DAVILA” din

Bucuresti

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

• Definirea termenilor

• Surse de ioni de hidrogen

• Apararea impotriva variatiilor concentratiilor ionilor de

hidrogen

• Sistemele tampon ale organismului

• Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

• Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic

• Anomaliile clinice ale echilibrului acido-bazic

• I. Tulburări acido-bazice metabolice

• II. Tulburări acido-bazice respiratorii

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

Definirea termenilor

Definirea termenilor

• Echilibrul acido-bazic este dat de concentratiei ionilor

de H+

• Masura concentratia ionilor de H+ este exprimata cu

ajutorul pH-ului:

pH = - log (conc H+)

• Valorile normale ale pH-ului pentru organismul uman

sunt reprezentate de 7,35 – 7,45

Definirea termenilor pH-ul normal si tulburarile sale

Joyce LeFever Kee, Betty J. Paulanka,Carolee Polek. Acid-Base Balance and Imbalance - Third Edition. Delmar Cengage Learning, 2010

Definirea termenilor

• Acidoza reprezinta scaderea pH-ului sub limita de 7,35

• Limita inferioara a pH-ului care este incompatibila cu

viata este dezbatuta, fiind sub 6,9 - 6,8.

Stadiul acidozei Limitele pH-ului

I Usoara 7,35 – 7,10

II Moderata 7,10 – 6,92

III Avansata 6,92 – 6,8

IV Severa <6,8

Definirea termenilor

• Alcaloza este reprezentata de cresterea pH-ului peste

7,45

• Limita superioara a pH-ului care devine incompatibila cu

viata este dezbatuta fiind peste 7,8 - 8.

Stadiul alcalozei Limitele pH-ului

I Usoara 7,45 – 7,52

II Moderata 7,52 – 7,59

III Avansata 7,59 – 7,68

IV Severa 7,68 – 7,80

Definirea termenilor

Din punct de vedere etiologic dezechilibrele acido-bazice

pot fi:

• Simple – atunci cand exista un singur factor etiologic

primar al dezechilibrului;

• Complexe (mixte) – cand sunt prezente mai multe

tulburari ale echilibrului acido-bazic simultan, datorita

unor factori etiologici primari multipli;

Definirea termenilor

Din punct de vedere etiologic dezechilibrele acido-bazice

pot fi:

• respiratorii – atunci cand exista factorul etiologic

primar al dezechilibrului este legat de aparatul

respirator;

• metabolice – cand factorul etiologic principal este de

natura metabolica;

Definirea termenilor

Din punct de vedere al compensarii dezechilibrele acido-

bazice pot fi:

• Compensate – atunci cand tulburarea primara

determina activarea mecanismelor compensatorii

pulmonare sau renale;

• Necompensate – cand tulburarea initiala nu

declanseaza mecanismele compensatorii;

• Decompensate – cand mecanismele compensatorii

nu pot echilibra tulburarea primara severa;

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

Surse de ioni de hidrogen

Surse de ioni de hidrogen

• Degradarea proteinelor cu eliberare de acizi in spatiul

extracelular;

• Glicoliza aeroba sau anaeroba cu formarea de H+, acizi

si CO2

• Metabolizarea acizilor grasi cu formarea de acizi

organici, corpi cetonici si CO2

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

Apararea impotriva variatiilor concentratiilor ionilor de hidrogen

• Sistemele tampon ale organismului

• Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

• Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic

Mecanisme compensatorii

Respirator Renal

Extracelular Intracelular

Sisteme Tampon

Echilibrul acido-bazic

O

S

Sistemul Tampon

Bicarbonat

Sistemul Tampon

Fosfat

Sistemul Tampon

al Proteinelor

Mecanismul

Respirator

(excretia CO2)

Mecanismul Renal

(excretia H+)

Sistemul Tampon

Carbonat de Ca

Prima linie de aparare impotriva pH-ului

A doua linie de aparare impotriva pH-ului

A treia linie de aparare impotriva pH-ului

Echilibrul acido-bazic

Echilibrul acido-bazic

Sistemele tampon ale organismului

• Sistemele tampon sunt acele sisteme chimice care pot

ceda sau pot accepta ioni de H+, neutralizand o incarcatura

acida/bazica excesiva.

• Structura sistemelor tampon este formata dintr-o mixtura de

acid slab cu baza conjugata.

• Functia sistemelor tampon este de a limita, prin interventie

imediata, variatiile pH-ului.

• Sisteme tampon: • Sistemul tampon al bicarbonatilor

• Sistemul tampon al fosfatilor

• Sistemul tampon al proteinelor

• Hemoglobina

• Amoniac

• Carbonatul de Ca

Localizare Sistemul Tampon Comentariu

Spatiul

extracelular

Bicarbonat Acidoza metabolica

Fosfat Putin important datorita concentratiei mici

Proteine Putin important datorita concentratiei mici

Sange Bicarbonat Important pentru acidoza metabolica

Hemoglobina Important caraus pentru CO2

Proteine plasmatice Rol tampon minor

Fosfat Putin important datorita concentratiei mici

Spatiu

intracelular

Proteine Tampon important

Fosfat Tampon important

Urina Fosfat Tamponarea “aciditatii titrabile”

Amoniac Important - formarea NH4+

Osul Carbonatul de Ca Important in acidoza metabolica prelungita

Sistemele tampon ale organismului

Sistemele tampon ale organismului

sistemul tampon al bicarbonatilor

• cel mai important sistem tampon

• concentraţiile plasmatice normale ale componentelor

sistemului sunt mari:

• NaHCO3 = 24 mEq/l

• H2CO3 = 1,2 mEq/l

• raportul normal NaHCO3 / H2CO3 = 20/1

• activitatea sa este asociată cu activitatea sistemului

tampon al hemoglobinelor (mecanismul de membrană

Hamburger)

• componentele sale au o concentraţie plasmatică

dependentă de activitatea renală (NaHCO3) şi pulmonară

(H2CO3)

Sistemele tampon ale organismului sistemul tampon al bicarbonatilor

H+ + HCO3 H2CO3 CO2 + H2O

Bicarbonat Acid Dioxid

Carbonic de carbon

(ACID) (BAZA)

Sistemele tampon ale organismului sistemul tampon al fosfatilor

• Din acidul slab H2PO4¯ (dihidrogenfosfat) şi baza slabă

HPO4¯ (monohidrogenfosfat):

HCl + Na2HPO4 ↔ NaH2PO4 + NaCl

NaOH + NaH2PO4 ↔ Na2HPO4 + H2O

• Componentele acestuia se află în concentraţii plasmatice

foarte mici (2mEq/l)

• Activitatea de tamponare a acestui sistem este neglijabilă

in spatiul extracelular si plasmatic

• Sistem foarte eficient în mediul intracelular şi în urină

Sistemele tampon ale organismului sistemul tampon al proteinelor

• Proteinele plasmatice şi intracelulare sunt cele mai

puternice şi mai diverse sisteme tampon din organism

• Amino-acizii se comportă atât ca baze cât şi ca acizi

(caracter amfoter), în funcţie de tipul grupării:

• gruparea NH2 are caracter bazic slab (acceptor de H)

• gruparea COOH are caracter acid slab (donor de H)

• Capacitatea individuala de tamponare a proteinelor este

redusă

Sistemele tampon ale organismului sistemul tampon al hemoglobinei

• H+ este generat la nivelul tesuturilor din disocierea H2CO3

produs din reactia CO2 cu H2O, produsii finali de metabolism;

• Legarea H+ la Hb (Hemoglobina) se face la resturile de

histidina, la nivelul ciclurilor imidazol.

• Pe masura ce H+Hb capteaza O2 la nivel pulmonar Hb

elibereaza H+ legand O2

• H+ se leaga de HCO3- formand H2CO3 ce elibereaza CO2

HCO3- H2CO3 CO2 (expirat)

Hb

O2

O2 O2

H+

O

Sistemele tampon ale organismului

• Sistemele tampon limitează dar nu se opun variaţiilor

pH-ului plasmatic.

• Variaţiile pH-ului plasmatic sunt determinate de variaţiile

concentraţiilor plasmatice ale componentelor sistemelor

tampon:

În cazul agresiunilor reprezentate de acizi tari, acidoza apare ca

urmare a creşterii concentraţiei H2CO3 (componenta acidă a

sistemului tampon).

În cazul agresiunilor reprezentate de baze tari, alcaloza apare ca

urmare a creşterii concentraţiei NaHCO3 (componenta bazică a

sistemului tampon).

Sistemele tampon ale organismului

• Restabilirea valorilor normale ale pH-ului plasmatic se

realizează prin activitatea renală sau respiratorie şi

implică modificarea concentraţiei plasmatice a

componentelor sistemului tampon bicarbonat de sodiu /

acid carbonic:

rinichiul (împreună cu sistemul tampon al Hb) controlează

concentraţia plasmatică a NaHCO3

plămânul controlează concentraţia plasmatică a H2CO3

• Sistemele tampon reprezintă calea comună prin care se

produce atât dereglarea cât şi restabilirea echilibrului

acido-bazic.

Sistemele tampon ale organismului

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3

-

Hiperventilatia

scade

concentratia ionilor de H+

Hipoventilatia

creste

concentratia ionilor de H+

Rinichii

elimina sau retin

Ionii H+ sau bicarbonat

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

Apararea impotriva variatiilor concentratiilor ionilor de hidrogen

• Sistemele tampon ale organismului

• Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

• Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic

Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

28

• Activitatea pulmonară, ca mecanism compensator în

tulburările echilibrului acido-bazic, intervine prin

modificarea adaptativă a frecvenţei şi amplitudinii

mişcărilor respiratorii.

• Centrul respirator se activează în 1-3 minute de la

apariţia unui dezechilibru acido-bazic.

• Prin eliminarea unei cantităţi crescute sau scăzute de

CO2, plămânul controlează direct concentraţia

bicarbonaţilor în sânge.

Sistemul de control al reglarii respiratorii a echilibrului acido-bazic

Elementul de control Corelatia anatomo-fiziologica

Complex pCO2 arteriala

Senzori Chemoreceptori centrali si periferici

Integrare SNC Centrii respiratori din trunchi

Efectori Muschii respiratori

Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

Centrii respiratorii

Maduva spinarii

Punte

Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

• Prin hiperventilaţie, creşte

eliminarea CO2, scade

concentraţia plasmatică a

H2CO3 (alcaloză respiratorie)

• Prin hipoventilaţie, scade

eliminarea CO2, creşte

concentraţia plasmatică a

H2CO3 (acidoză respiratorie).

CO2 CO2

CO2 CO2

CO2

CO2

CO2 CO2

CO2 Creserea CO2

• Modificarea frecvenţei şi amplitudinii mişcărilor respiratorii

se realizează prin modificarea activităţii centrilor respiratori

bulbari la nivelul cărora există chemoreceptori pentru CO2 si

H+

Rolul plamanilor in echilibrul

acido-bazic

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

4

3

2

1

0

Efectul pH-ului sangvin asupra ratei ventilatiei

alveolare

pH

Ventila

tie a

lveola

ra

Guyton – Fiziologie umana si mecanismele bolilor, editia 5-a W.B.SAUDERS

Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

pH creste spre normal

Creste frecventa si aplitudinea respiratiei

Creste CO2 eliminat prin plamani

H+ stimuleaza centrii respiratori de la nivel central

H2CO3 H+ + HCO3

-

H+ acidoza; pH scade

CO2 + H2O H2CO3

Cresterea productiei celulare a CO2

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC

Apararea impotriva variatiilor concentratiilor ionilor de hidrogen

• Sistemele tampon ale organismului

• Rolul plamanilor in echilibrul acido-bazic

• Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic

• Perioadă de latenţă mai mare (ore sau zile)

• Reprezintă singurul mecanism ce definitivează

compensarea tulburărilor acido-bazice

• Intervenţia rinichiului în compensarea acido-bazică are loc

prin:

1. reabsorbţia tubulară a ionilor bicarbonat (HCO3-)

2. excreţia acizilor nevolatili (fixed acids)

Mecanismele renale implicate in echilibrul acido-bazic sunt

complexe dar pentru simplificare vom considera doar ca

exista doua aspecte importante:

Mecanismul tubular proximal:

o Reabsorbtia bicarbonatului care e filtrat glomerular

o Productia de amoniu

Mecanismul tubular distal:

o Excretia H+ sub forma de aciditate titrabila

o Excretia de amoniu in urina

o Reabsorbtia restului de bicarbonat

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic

Reabsorbtia bicarbonatului:

• Aproximativ 80% din bicarbonatul

filtrat este reabsorbit la nivelul

tubului proximal, restul fiind

reabsorbit de celulele intercalare

de la nivelul tubilor contorti distali

si tubilor colectori.

• Ionii de H+ sunt excretati de

celulele tubulare proximale renale

prin doua mecanisme:

o Antiporterul Na+-H+ (calea majora)

o ATPaza-H+ (pompa de protoni)

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal

(2/3)

(1/3)

Reabsorbtia bicarbonatului:

HCO3 filtrat nu poate traversa membrana

apicală a celulei PCT si se combină cu H+

secretat (sub influenta anhidrazei carbonice legate

de membrana) pentru a produce CO2 şi H2O.

CO2 este de liposolubil şi trece cu

uşurinţă în citoplasma celulei PCT. În celula

se combină cu OH pentru a produce bicarbonat.

HCO3-traversează membrana basolaterala prin

intermediul unui Na+/HCO3 simporter.

Antiporterul Na+/H+ din membrana apicala reali

zeaza schimbul H/Na, impreuna cu pompa de H+.

In membrana bazolaterala un rol activ il mai are

ATPazaNa+/K+ (pompa de sodiu) care

transportă la 3 stele Na+ pentru 2 K+.

• Reabsorbtia HCO3- este similara la nivelul ramurii ascendente a ansei

Henle cu ce de la nivelul tubului proximal, existand si diferente.

• Procesul este stimulat de Furosemid.

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal

Reabsorbtia bicarbonatului:

Proximal RAAH

Trasportori apicali Na-H antiporter NHE-3 NHE-3

H-ATPaza

Transportori bazo-laterali Na-HCO3

-simporter NBCe1 NBCn1

Cl-HCO3-antiporter AE-2

K-HCO3- simporter

Anhidraza carbonica Intracelulara II IV

Legata de membrana II IV

HCO3- (1) Na+

(3) HCO3-

H+

CO2 H2O +

H+

Na+

Na+ H+

pHmin = 6.8

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal

Tubul contort proximal este permeabil:

• Apare astfel necesitatea unui “acceptor” de H+ - amoniacul

“acceptori” de H+:

• NH3

• HPO4-

NH4+

NH4+ Na+

H+ H+

Na+

NH3 NH3

NH4+

HCO3-

Tub contort proximal

Glutamina

Na+

HCO3-

CO2 + H2O +

H2CO3

H+

Glutamina

Glutaminaza

Ficat

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal

Productia de amoniu:

Leonard R. Jonson - Essential Medical Physiology 3th edition, Elsevier Academic Press

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal

Productia de amoniu:

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular proximal - distal

Productia de amoniu:

Secretia H+ in celulele intercalare

antiporter Cl-/HCO- basolateral: AE-1

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular distal

Aciditatea titrabila:

Na+ K+

Na+

K+

Celule principale

a IC

b IC

HCO3-

Cl-

HCO3-

Cl-

Cl-

H+ ATP

ADP + Pi

H+ ATP

ADP + Pi

Cl-

pHmin = 5

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular distal

Acidifierea urinii in tubii colectori si reabsorbtia restului de bicarbonat:

Reabsorbtia restului de bicarbonat:

• Aproximativ 15% din bicarbonatul

filtrat este reabsorbit la nivel tubular

distal de catre: celulele intercalare

de la nivelul tubilor contorti distali si

tubilor colectori.

• Mecanismul este asemanator cu cel

tubular proximal

Rolul rinichiului in echilibrul acido-bazic mecanismul tubular distal

SCHIMBURILE DE ELECTROLITI

celula

H+

K+

Acidoza Raspuns compensator Efect

- H+ este tamponat intracelular

- Hiperpotasemie

H+

K+

cell

Alcaloza Raspuns compensator Efect

- Tendinta de a corecta alcaloza

- Hipopotasemie

ECHILIBRUL ACIDO-BAZIC