Lucrări practice Fiziologie I

EXPLORAREA ECHILIBRULUI ACIDO-BAZIC

1. DEFINIŢIE. PARAMETRII ECHILIBRULUI ACIDO-BAZIC

Echilibrul acido-bazic reprezintă menţinerea în limite normale a pH-ului, ca rezultat al unor procese complexe legate de homeostazia gazelor sangvine şi de compoziţia electrolitică a organismului.

Mecanismele care intervin în menţinerea echilibrului acido-bazic sunt de două tipuri: • mecanisme fizico-chimice, reprezentate de sistemele tampon (cel mai important sistem

tampon este [HCO3-] / [H2CO3]); intervin rapid dar au eficienţă limitată;

• mecanisme biologice, care implică mai multe organe, un rol deosebit îl au plămânii şi rinichii; rinichii intervin mai tardiv, dar au eficienţă maximă. Definirea exactă a echilibrului acido-bazic necesită cunoaşterea a cel puţin patru

parametri: • pH-ul sanguin se exprimă ca fiind logaritm cu semn schimbat din concentraţia ionilor de

hidrogen [H+] pH = -log [H

+]

Descrierea clasică a echilibrului acido-bazic se bazează pe ecuaţia Henderson-Hasselbach:

pH = pKa + log [bază] / [acid]

pH = pKa + log [HCO3-] / [H2CO3]

pKa se numeşte constanta de ionizare sau constanta de disociere a acidului din sistemul tampon. Pentru sistemul tampon [HCO3

-]/[H2CO3] valoarea pKa este 6,1. Valoarea normală a pH-ului sanguin este cuprinsă între 7,35 şi 7,45. Scăderea pH-ului sângelui arterial sub 7,35 defineşte acidoza decompensată, iar creşterea pH-ului sanguin peste 7,45 defineşte alcaloza decompensată.

• Concentraţia acidului carbonic [H2CO3], calculată utilizând valoarea presiunii parţiale a

dioxidului de carbon în sângele arterial ( PCO2) cu formula: [H2CO3] = PCO2×0,03

unde: 0,03 este coeficientul de solubilitate al CO2 în apă. Valoarea normală a PCO2 = 38 - 42 mm Hg, deci [H2CO3] în sângele arterial este 1,14 – 1,26 mmol/l. Este componenta respiratorie a sistemului tampon, concentraţia sa modificându-se prin intervenţia plămânului. Scăderea PCO2 sub 38 mm Hg defineşte alcaloza respiratorie, iar creşterea PCO2 peste 42 mm Hg defineşte acidoza respiratorie.

• Concentraţia anionului bicarbonat în sângele arterial [HCO3

-]

Valoarea normală a [HCO3-] în sângele arterial este 23 - 27 mEq/l (mmol/l). Este

componenta metabolică a sistemului tampon, concentraţia sa modificându-se prin intervenţia rinichiului. Creşterea [HCO3

-] peste valoarea normală defineşte alcaloza metabolică, iar scăderea [HCO3

-] sub valoarea normală defineşte acidoza metabolică. • Raportul dintre [HCO3

-] şi [H2CO3]

Valoarea normală a raportului [HCO3-]/[H2CO3] = 20 (18 – 22) şi determină valoarea pH-

ului conform ecuaţiei Henderson-Hasselbach. Valori mai mici sau mai mari faţă de valoarea normală a acestui raport indică starea de

decompensare a tulburării de echilibru acido-bazic.

Lucrări practice Fiziologie I

O valoare normală a acestui raport, rezultată din împărţirea unor valori modificate patologic în acelaşi sens ale [HCO3

-] şi [H2CO3], indică starea de compensare a tulburării de echilibru acido-bazic.

Parametri sistemului tampon [HCO3-] / [H2CO3] sunt:

• [HCO3-] = 24 mEq/l (23 - 27 mEq/l)

• PCO2 = 40 mm Hg (38 - 42 mm Hg) • [H2CO3] = PCO2×0,03 = 1,2 mmol/l (1,14 - 1,26 mmol/l) • [CO2] total = [HCO3

-] + [H2CO3] = 25,2 mmol/l (24,14-28,26 mmol/l) • [HCO3

-] / [H2CO3] = 20 (18-22) • pH = pKa + log [HCO3

-] / [H2CO3] = 7,40 (7,35-7,45).

2. EXPLORAREA ECHILIBRULUI ACIDO-BAZIC

2.1. DETERMINAREA PARAMETRILOR ASTRUP

Folosind micrometoda ASTRUP se pot determina următorii parametri:

• pH-ul actual al sângelui arterial are valoarea normală 7,35 - 7,45. • Presiunea parţială a dioxidului de carbon (PCO2) are valoarea normală cuprinsă între 38 şi 42 mm Hg.

• Bicarbonatul actual (BA) reprezintă conţinutul în HCO3- din sângele pacientului la PCO2

actuală, iar valorile normale oscilează între 23 - 27 mEq/l (mmol/l). • Bicarbonatul standard (BS) reprezintă conţinutul de HCO3

- al sângelui dacă PCO2 ar fi de 40 mm Hg. Evident, în condiţii normale, bicarbonatul standard va fi egal cu bicarbonatul actual. Creşterea bicarbonatului actual peste valorile bicarbonatului standard indică o reacţie compensatorie într-o acidoză respiratorie, iar scăderea bicarbonatului actual faţă de bicarbonatul standard este o caracteristică a reacţiilor compensatorii din alcaloza respiratorie.

• Bazele tampon (BT) reprezintă suma anionilor tampon din sânge (proteinaţi, bicarbonaţi, hemoglobină) care pot accepta H+. Valoarea normală este cuprinsă între 46 şi 52 mEq/l (mmol/l). De exemplu, pentru un conţinut de hemoglobină de 15 g%, valoarea normală a acestei variabile este 47 mmol/l.

• Bazele exces (BE) reprezintă cantitatea de acizi sau de baze care ar putea restabili echilibrul acido-bazic într-un litru de sânge la PCO2 de 40 mm Hg. Este evident că valoarea va fi negativă într-o acidoză metabolică şi pozitivă într-o alcaloză metabolică, oscilând la subiecţii normali între +2,3 şi –2,3 mmol/l sau mEq/l. De precizat că bazele exces evaluează doar componenta metabolică a unui dezechilibru acido-bazic.

• Conţinutul total de CO2 (CO2 total) reprezintă suma concentraţiilor bicarbonatului actual şi a acidului carbonic (egal cu produsul dintre PCO2 şi 0,03) din sângele arterial. Valoarea normală a acestui parametru este 24 – 28 mmol/l. Cunoaşterea parametrilor ASTRUP este utilă pentru interpretarea dezechilibrelor acido-

bazice.

2.2. ANALIZA AUTOMATĂ A PARAMETRILOR

ECHILIBRULUI ACIDO-BAZIC

Determinările separate de pH şi bicarbonat sunt astăzi depăşite graţie introducerii unor

analizoare automate care asigură măsurarea „in vitro” a pH-ului şi a presiunilor parţiale ale oxigenului (PO2) şi bioxidului de carbon (PCO2). Pornind de la aceşti parametri măsuraţi şi de

Lucrări practice Fiziologie I

la valoarea presiunii atmosferice, analizorul calculează şi alţi parametri în afara parametrilor ASTRUP, menţionaţi anterior, şi anume: • gradientul alveolo-arterial al oxigenului (AaO2) este util pentru studiul procesului de

hematoză. • pH-ul standard (pHst) indică valoarea pH-ului dacă PCO2 ar fi de 40 mm Hg. Prin

compararea acestei valori cu cea a pH-ului actual se poate evalua dacă anomaliile echilibrului acido-bazic sunt condiţionate predominant metabolic sau respirator.

Explorarea echilibrului acido-bazic cuprinde suplimentar:

• dozarea concentraţiei serice a potasiului, avându-se în vedere interrelaţiile între economia potasiului şi echilibrul acido-bazic.

• calcularea lacunei anionice (anion gap) care reprezintă diferenţa între concentraţia cationilor de sodiu şi suma concentraţiilor anionilor de bicarbonat şi clor din plasmă. Lacuna anionică are valori normale medii de 10 mEq/l, cu oscilaţii admise între 7 şi 15 mEq/l. Este utilă pentru identificarea cauzelor unei acidoze metabolice.

VARIAŢII FIZIOLOGICE. Parametrii echilibrului acido-bazic prezintă o serie de

modificări în funcţie de: • vârstă - la copii pH-ul sângelui arterial este mai alcalin (pH=7,42), favorizând procesele

anabolice - la vârstnici pH- ul sângelui arterial este mai acid datorită predominanţei proceselor

catabolice • digestie - în timpul digestiei gastrice pH-ul sângelui arterial devine mai alcalin - în timpul digestiei intestinale pH-ul sângelui arterial devine uşor acid

• efort fizic - acidoza de efort apare datorită acumulării de acid lactic • variaţii nictemerale - noaptea şi dimineaţa pH-ul sângelui arterial poate fi mai acid

datorită acumulării nocturne de CO2 (scăderea activităţii centrilor respiratori)

VARIAŢII PATOLOGICE Se cunosc patru modificări primare ale echilibrului acido-bazic: acidoză sau alcaloză

respiratorie şi acidoză sau alcaloză metabolică. În majoritatea cazurilor modificarea primară este urmată de modificări secundare compensatorii, pentru a readuce pH-ul la valori normale. • ACIDOZA RESPIRATORIE. Creşterea PCO2 peste 40 mm Hg în afecţiunile respiratorii

care se însoţesc de hipoventilaţie (BPOC, fumători), este urmată de scăderea pH-ului sangvin sub valoarea normală. Compensarea se realizează renal prin creşterea producţiei şi reabsorbţiei HCO3

- şi a eliminării de H+.

• ALCALOZA RESPIRATORIE. Scăderea PCO2 datorită eliminării în exces a CO2, prin hiperventilaţie (sindrom febril, în special la copii), este urmată de creşterea pH-ului peste valoarea normală. Compensarea renală se realizează prin scăderea secreţiei de H+ şi creşterea eliminării de HCO3

-.

• ACIDOZA METABOLICĂ. Scăderea [HCO3-] prin utilizarea sa în tamponarea acizilor

(acid lactic în efortul fizic, sau corpi cetonici în diabetul zaharat decompensat), este urmată de scăderea pH-ului sangvin. Compensarea se poate face respirator prin stimularea centrului respirator bulbar pentru a elimina CO2 în exces, sau renal (în afara afecţiunilor renale) prin reabsorbţia crescută de HCO3

- şi creşterea excreţiei de H+ şi NH4+, urmată de

readucerea pH-ului la valoarea normală.

Lucrări practice Fiziologie I

• ALCALOZA METABOLICĂ. Se caracterizează prin creşterea [HCO3-] care poate avea

trei cauze: reabsorbţia crescută de HCO3- (în hiperaldosteronism), pierdere de [H+] sub

formă de HCl (în vărsături incoercibile) sau aport excesiv de substanţe alcaline (ingestie de antiacide), urmată de creşterea pH-ului sângelui arterial peste limita superioară a normalului. Compensarea se face respirator prin reducerea ventilaţiei cu retenţie de CO2 sau renal prin scăderea reabsorbţiei de HCO3

-, cu readucerea pH-ului la valoarea normală.

Analiza tulburării de echilibru acido-bazic parcurge trei etape: • examinarea pH-ului stabileşte dacă tulburarea de echilibru este de tip acidoză sau alcaloză • stabilirea cauzei primare a tulburării de echilibru acido-bazic: respiratorie sau metabolică • identificarea mecanismului de compensare (Tabelul I).

Tabelul I. Tulburările de echilibru acido-bazic.

Tulburarea de

echilibru acido-bazic

pH-ul

sângelui

arterial

Modificarea

primară Mecanismul de compensare

Acidoza respiratorie ↓ ↑ PCO2 - ↑ producţia şi reabsorbţia renală de [HCO3

-]; ↑ excreţia de H+

Alcaloza respiratorie ↑ ↓ PCO2 - ↓ producţia şi reabsorbţia renală de [HCO3

-]; ↓ excreţia de H+ Acidoza metabolică ↓ ↓[HCO3

-] - hiperventilaţie (↓ PCO2) - ↑ excreţia de H+

Alcaloza metabolică ↑ ↑[HCO3-] - hipoventilaţie (↑ PCO2)

- ↓ excreţia de H+

Atunci când tulburarea de echilibru acido-bazic este compensată (raportul [HCO3-] /

[H2CO3] = 20), identificarea dezechilibrului primar trebuie să ţină seama de contextul clinic şi paraclinic al pacientului. Pentru exemplificare, să considerăm următoarele două situaţii:

EXEMPLUL 1. pH = 7,40; [HCO3

-] = 20 mEq/l; PCO2 = 33 mm Hg; pacientul a prezentat un sindrom febril prelungit. - circumstanţe clinice: febră ⇒ hiperventilaţie ⇒ tulburare de echilibru primară

respiratorie

- ↓PCO2 ⇒ tulburare de echilibru de tip alcaloză respiratorie (prin hiperventilaţie) - ↓ [HCO3

-] ⇒ compensare metabolică (prin scăderea reabsorbţiei renale) - [HCO3

-] / [H2CO3] = 20 / (33 x 0,03) = 20 (normal)⇒ pH = 7,4 (normal) ⇒dezechilibru acido-bazic compensat

Interpretare: alcaloză respiratorie compensată metabolic. EXEMPLUL 2 pH = 7,30; [HCO3

-] = 16 mEq/l; PCO2 = 30 mm Hg; glicemia = 300 mg%; corpii cetonici plasmatici = 12 mg%. - circumstanţe paraclinice: glicemia = 300 mg% (normal 70-110 mg%) şi corpi cetonici =

12 mg% (normal 1-6 mg%) ⇒ tulburare de echilibru primară metabolică

- ↓ [HCO3-] ⇒ tulburare de echilibru de tip acidoză metabolică

- PCO2 = 30 mm Hg ↓ pentru compensare (prin hiperventilaţie) - [HCO3

-] / [H2CO3] = 16/(40 x 0,03) = 13(↓)⇒pH=7,30 (↓)⇒dezechilibru acidobazic decompensat

Interpretare: acidoză metabolică decompensată datorită creşterii producţiei de cetoacizi în diabetul zaharat decompensat.

Lucrări practice Fiziologie I

BULETINE DE INTERPRETARE

Să se interpreteze starea echilibrului acido-bazic, ştiind că: 1. pH = 7,4; BA = 12 mEq/l; PCO2 actual = 20 mm Hg; iar recoltarea sângelui pentru analize

s-a făcut după ce subiectul a efectuat proba de efort. 2. pH = 7,4; BA = 36 mEq/l; PCO2 = 60 mm Hg; Na+ = 155 mEq/l; K+ = 3 mEq/l. 3. pH = 7,4; BA = 36 mEq/l; PCO2 = 60 mm Hg; pacientul fumează de 30 de ani, 20 de ţigări

pe zi. 3. pH = 7,23; BA = 24 mEq/l; PCO2 = 50 mm Hg; pacientul este diagnosticat de 15 ani cu

BPCO (bronhopneumopatie cronică obstuctivă). 4. pH = 7,4; BA = 12 mEq/l; PCO2 = 20 mm Hg; pacientul prezintă de 2 săptămâni un

sindrom febril de cauză neelucidată. 5. pH = 7,6; BA = 24 mEq/l; PCO2 = 30 mm Hg; pacientul prezintă de 10 zile un sindrom

febril determinat de o infecţie microbiană severă.

7. pH actual = 7,23 8. pH actual = 7,61 PCO2 actual = 19 mm Hg PCO2 actual = 42 mm Hg BA = 8,3 mEq/l BA = 42,1 mEq/l BS = 14 mEq/l BS = 41 mEq/l BT = 29 mEq/l BT = 65 mEq/l BE = -17 mEq/l BE = +18 mEq/l CO2 total = 8,9 mmol/l CO2 total = 43,3 mmol/l Glicemia = 220 mg% Glicemia = 90 mg% Corpii cetonici = 15 mg% Corpii cetonici = 2 mg% Cl- = 102 mEq/l Cl- = 95 mEq/l

TESTE (CU UN SINGUR RĂSPUNS CORECT) 1. Acidoza respiratorie decompensată se caracterizează prin:

A. Scăderea PCO2 în sângele arterial sub 38 mmHg B. PH-ul în sângele arterial peste 7,45 C. Apariţia în afecţiuni respiratorii însoţite de hiperventilaţie D. Compensarea renală se realizează prin reabsorbţia HCO3

- 2. Alcaloza metabolică decompensată se caracterizează prin:

A. Scăderea HCO3- sub 23 mEq/l

B. pH-ul în sângele arterial peste 7,45 C. Apariţia în cetoacidoza diabetică D. Toate răspunsurile sunt corecte E.

3. Să se precizeze starea echilibrului acido-bazic, ştiind că: pH = 7,4; BA = 36 mEq/l, Pco2 = 60 mmHg, pacientul fumează de 20 ani, 20 de ţigări pe zi

A. Acidoză metabolică decompensată B. Acidoză metabolică compensată C. Acidoză respiratorie compensată D. Alcaloză respiratorie decompensată

Lucrări practice Fiziologie I

4. Să se precizeze starea echilibrului acido-bazic, ştiind că: pH = 7,23; BA = 8,3 mEq/l, Pco2 = 19 mmHg, pacientul a prezentat un sindrom febril prelungit.

A. Acidoză metabolică decompensată B. Alcaloză metabolică compensată C. Acidoză respiratorie compensată D. Alcaloză respiratorie decompensată

5. Valoarea normală a concentraţiei anionului bicarbonat în sângele arterial este de:

A. 27-30 mEq/l B. 23-27 mEq/l C. 20-23 mEq/l D. 15 – 20 mEq/l

6. Acidoza respiratorie se caracterizează prin:

A. Creşterea PCO2 în sângele arterial peste 40 mmHg

B. pH-ul în sângele arterial peste 7,45 C. Compensarea se realizează renal prin scăderea eliminării de H+ D. Compensarea se realizează renal prin scăderea producției şi reabsorbţia HCO3

- 7 . Alcaloza respiratorie se caracterizează prin:

A. Scăderea PCO2 sub valorile normale B. Creşterea pH-ului peste valoarea normală C. Compensarea se realizează renal prin scăderea secreției de H+ D. Toate variantele sunt corecte

8. Acidoza metabolică se caracterizează prin: A. Scăderea pH-ului sanguin sub valorile normale B. Scăderea [HCO3

-] prin utilizarea sa în tamponarea acizilor C. Compensarea se poate face respirator sau renal D. Toate variantele sunt corecte

9. Alcaloza metabolică se caracterizează prin: A. Scăderea [HCO3

-] B. Scăderea pH-ului sângelui arterial sub limita inferioară a normalului C. Compensarea se face respirator sau renal D. Toate variantele sunt corecte 10. Creşterea [HCO3

-] din alcaloza metabolică poate fi dată de: A. Pierderea de [H+] sub formă de HCl în vărsături incoercibile B. Reabsorbţia crescută de HCO3

- în hiperaldosteronism C. Aport excesiv de substanţe alcaline D. Toate variantele sunt corecte

RĂSPUNSURI: 1-D, 2-B, 3-C, 4-D, 5-B, 6-A, 7-D, 8-D, 9-C, 10-D.