Lp 18 – Echilibrul acido-bazic

Echilibrul acido-bazic (EAB)

Mentinerea unei balante acido-bazice stabile este o componenta vitala a homeostaziei organismului.Notiuni de baza:

pH este logaritm negativ (cu semn schimbat) in baza zece a concentratiei de ioni de hidrogen (protoni) masurata in moli/litru; concentratia de protoni este 40 nmoli/l (20-80 nmoli/litru = 2−8−10moli/l). Pe masura ce aciditatea creste pH scade (si invers) -

datorita semnului schimbat(-). pH = -lg[H⁺] (lg = logaritm in baza 10; [H⁺] = concentratia ioni de hidrogen in moli/litru); cind pH variaza cu "doar" 0.3 unitati (de la 7.4 la 7.1) concentratia de ioni de hidrogen in fapt se dubleaza (de la 40 la 80 nmoli/l) - falsa impresie ca organismul mentine un control foarte strins al concentratiei protoni.

Neutru este pH la care exista un numar egal de protoni [H+] si ioni hidroxid [OH-]. Cum la temperatura corpului apa este ionizata pH neutru este de 6.8 (mai degraba dacat 7). Acesta este pH intracelular in timp ce pH arterial normal este de 7.4 (7.35-7.45); valori extreme compatibile cu supravietuirea pH = 6.8 – 7.8.

Acidemie/alkalemie = modificarea pH arterial; pHa ↓ = acidemie si pHa ↑= alkalemie.Acidoza/alkaloza = starea patologica data de efectele clinico-biologice ale mecanismelor care determina pierderea/acumularea de acizi/baze dar si de consecintele interventiei (eficiente sau nu) a mecanismelor compensatorii.

Orice acid (substanta care poate ceda ioni de hidrogen H⁺ = [HB]) se afla in echilibru intre forma disociata si cea nedisociata, echilibru care depinte de constanta proprie de disociere (Ka). Ka x [HB] = [H⁺] x [B⁻] adica Ka = [H⁺] x[B⁻]/[HB]

Logaritmand Ka = [H⁺] x[B⁻]/[HB] obtinem lg Ka = lg[H⁺] + lg[B⁻ ][HB ]

adica - lg[H⁺] = - lg Ka + lg [B⁻ ][HB ]

adica

pH = pK acid +lg [B⁻ ][HB ] - ecuatia Henderson–Hasselbalch

pKa = pH-ul la care acidul este disociat 50%; cu cat pKa este mai mic cu atat acidul este mai ‘tare’.

Surse acizi/baze: productia metabolica - catabolizarea

completa a glucidelor/lipidelor => CO2 = acid ‘volatil’ - se elimina pulmonar; incompleta a glucidelor => ac. lactic = non-volatil incompleta a lipidelor => corpi cetonici = non-volatili(exceptie acetona dar predomina β-hidroxibutiratul si acetoacetatul) proteinelor => sulfuric, fosforic, hidrocloric = non-volatili – se elimina la nivel renal

ingestia (alimente) de acizi/baze

Principalele mecanisme de control ale EAB:

A. Sistemele tampon = buffers Prezinta doua elemente asociate care pot sa minimalizeze modificarea pH-ului atunci cand o baza sau un acid este adaugat solutiei – tipic formata din: acid slab si sarea acidului respectiv (cu o baza puternica). Limiteaza variatiile de pH ([H+]) secundara unei agresiuni acidobazice prin inlocuirea acidului/bazei tari agresoare cu acizi baze slabe ce au o capacitate de a modifica pH mult mai mica.

Principalele sisteme tampon:

1. Sistemul tampon al bicarbonatilor- acidul cabonic joaca un rol central in intelegerea si evaluarea perturbarilor acido-bazice. Produsii lui de disociere si cei de

ionizare sunt in echilibru: [H+] x [HCO3-] ↔ H2CO3↔ [CO2] x [H2O];

- principalii producatori de HCO3⁻: eritrocit, nefrocit – contin anhidraza carbonica care sintetizeaza H2CO3 din H2O si CO2

- ec. Henderson-Hasselbalch pH = pK H2CO3 + lg [HCO3⁻][H 2CO3 ]

- pK H2CO3 = 6,1 si [H2CO3] = 0,03 x PaCO2 (0,03 = coeficientul de solubilitate a CO2) => pH arterial = 6,1 + lg [HCO3⁻]0,03 xPaCO2

- format din [H2CO3] = 1.2 mmol/l si [NaHCO3] = 24 mmol/l sau mEq/l- cele doua componente sunt controlate diferit: rinichiul controleaza bicarbonatul in timp ce ap. respirator controleaza acidul

carbonic (prin controlul Pa CO2)- activeaza cooperant sistemul tampon al hemoglobinei

1

2. Sistemul tampon al fosfatilor- de importanta minora in plasma unde fosfatul de Na reprezinta 2 mEq/l- de importanta majora intracelular si la nivel renal/urinar

3. Sistemul tampon al Hemoglobinei- functie de tamponare a [H+] rezultat din disocierea intraeritrocitara a H2CO3 inlocuind un acid relativ tare cu un acid de 20

ori mai slab Hb redusa- participa la contolul respirator al EAB. - la nivel tisular: ajunge HbO2; datorita pO2 ↓ la acest nivel, oxi-Hb cedeaza O2 si in prezenta H⁺ devine Hb redusa - H⁺ provine din disocierea H2CO3 (CO2 al carui presiune partiala este ↑ la nivelul tesuturilor + este liposolubil – patrunde in

hematie unde cu H2O in prezenta anhidrazei carbonice formeaza H2CO3 care disociaza la H⁺ si HCO3⁻)- HCO3⁻ iese din hematie la schimb cu clorul (Cl⁻); poate fi folosit ca tampon sau se leaga de Na⁺- la nivel pulmonar: pO2↑; pCO2↓ => intra O2 in hematie;- H⁺ eliberat de hematie se cupleaza cu HCO3⁻(care intra la schimb cu Cl⁻) si formeaza H2CO3 din care => H2O +CO2 ;- CO2 iese din hematie in plasma si apoi in alveola

B. Activitatea respiratorie- reglarea la nivel respirator a pH-ului se realizeaza prin modificari daptative le frecventei si amplitudinii miscarilor respiratorii

prin care creste sau scade eliminarea de CO2- modificarea paCO2 si a pH-ului arterial este sesizata de chemoreceptorii periferici (aortici, carotidieni)si centrali (bulb)

↑paCO2 + ↓pH => stimuleaza activitatea respiratorie = ↑ventilatiei (hiper)↓paCO2 + ↑pH + ↑NaHCO3 (>27 mEq/L) => inhiba activitatea respiratorie = ↓ventilatie (hipo)

avantaje: intra rapid in actiune - 1-2 ore; este eficienta in acidozele metabolice (in faza acuta) dezavantaje: nu este eficienta pe termen lung; este cvasiineficienta in alkalozele metabolice: aici exista primar o crestere a

bicarbonatului – compensator ar trebui sa creasca paCO2 – acest lucru se realizeaza prin hipoventilatie alveolara; insa cresterea paCO2 este principalul stimul al centrilor respiratori!!!!

C. Activitatea renala - reglarea la nivel renal a pH-ului se realizeaza prin

reabsorbtia HCO3⁻ filtrat (85-90%) (HCO3⁻ se filtreaza fiziologic la nivel glomerular) - de-a lungul intregului nefron (↑TCP)- HCO3⁻ se cupleaza in lumenul TCP cu H⁺ si formeaza H2CO3 care disociaza la CO2 si H2O; CO2 intra liber in celula

tubulara unde in prezenta H2O si AC reformeaza H2CO3 care disociaza la H⁺ si HCO3⁻; - HCO3⁻ trece apoi in sange prin cotransport cu Na⁺

secretia de H⁺ sub forma aciditatii titrabile in special in TCD - H⁺ este transportat in lumen (prin secretie activa = pompa de protoni = H⁺-ATP-aza sau prin schimb activ cu Na⁺=

H⁺/Na⁺-ATP-aza); H⁺ e tamponat in principal de sistemul fosfatilor (NaH2PO4 = 20-30 mEq/l in urina /24h) secretia de H⁺ sub forma productia de amoniu in special in TC

- NH3 provine in principal prin dezaminarea glutaminei la nivelul celulelor tubulare (glutaminaza); - NH3 + H⁺→NH4⁺(amoniu) /NH4Cl (clorura de...); ↓pH-ului sangvin (si urinar) determina ↑eliminarii urinare a NH4⁺

avantaje: se poate elimina excesul de acizi; se poate modula economisirea bicarbonatului in functie de necesitati(creste economisirea in acidoze; scade in alcaloze); sunt eficiente pe termen lung;

dezavantaj: nu intra rapid in actiune (nu e eficient in modificarile acidobazice acute) - latenta 5-7 zile

Factori care influenteaza functia renala: paCO2 ↑ (↓pH) creste activitatea AC cu cresterea formarii si reabsorbtiei de bicarbonat si cu cresterea eliminarii de H⁺ paCO2 ↓ (↑pH) scade activitatea AC cu scaderea formarii si reabsorbtiei de bicarbonat si cu scaderea eliminarii de H⁺ volumul extracelular ↓ => rinichiul va creste reabsorbtia de H2O si Na si de bicarbonat (cotransport); volumul extracelular ↑=> rinichiul va scade reabsorbtia de H2O si Na si de bicarbonat (cotransport); ↑K⁺ seric determina schimbul crescut cu Na⁺ la nivel renal cu scaderea activitatii pompei Na/H si scaderea secretiei de H⁺ ↓K⁺ seric determina schimbul scazutcu Na⁺ la nivel renal cu cresterea activitatii pompei Na/H si cresterea secretiei de H⁺ mineralo si glucocorticoizi: aldosteronul creste reabsorbtia de Na cu cresterea eliminarii de H⁺ si K⁺ scaderea filtrarii glomerulare determina scaderea filtrarii bicarbonatului

Dezechilibrele echilibrului acido-bazic

Clasificarea in functie de modificarea pH, [NaHCO3], [H2CO3]

Acidoze/Alkaloze respectiv pHa ↓/pHa ↑Metabolice - daca modificarea de pH se datoreaza unei modificari primare a [NaHCO3]

2

Respiratorii - daca modificarea de pH se datoreaza unei modificari primare a [H2CO3]/ (paCO2)Compensate - modificari ale componentelor sistemului tampon + pH normalDecompensate - modificari ale componentelor sistemului tampon + pH modificat

1. Acidoze metabolice – un nivel plasmatic scazut al bicarbonatului datorita tamponarii unui exces de acizi/pierderii de bazeCauze:

a. consum de bicarbonat (exces de acizi - acidoza lactica, cetoacidoza, IRA, ATR tip I distala - retentie renala de H, intoxicatii - metanol, etilenglicol, salicilati)

b. pierderi de bicarbonat renale (ATR tip II proximal, insuf. CSR - hipoaldosteronism, IRC) + gastrointestinale (sd. diareice)

Gap-ul anionic/deficitul anionic = concentratia de anioni nemasurati din plasma (sulfati, fosfati, lactat,, piruvat, proteine) GA/DA = [Na⁺]+[K⁺] – [Cl⁻] – [HCO3⁻]; N = 10-12 mmol/l

a. acidoze metabolice cu GA↑(normo Cl): cetoacidoza, acidozele lactice, IRA, toxice: etilen-glicol, metanol, salicilatib. acidoze metabolice cu GA N (hiper Cl): ATR I si II, de AC -diuretice tiazidice, insuf CSR, IRC, sd. diareice, fistule

2. Acidoza respiratorie - determinata de o crestere primara a paCO2 frecvent determinata de hipoventilatie alveolara- afectarea centrilor respiratori: AVC, tumori, opioide, etc.- afectiuni nervoase sau musculo-scheletale: traumatism maduva cervicala; tetanos; miastenie gravis; cifoscolioza;- afectiuni pleuro-pulmonare: hemo-/pneumo-/hidro-torax; edem pulmonar; fibroze;- afectiuni ale cailor aeriene: laringospasm; bronhospam; corpi straini;- cresterea CO2 in aerul inspirat;

***poate fi acuta (ex. laringospasm) sau cronica (ex. fibroza pulmonara)

3. Alcaloza respiratorie - determinata de o scadere primara a paCO2 frecvent determinata de hiperventilatie alveolara- stimulare directa la nivelul centrilor respiratori: traumatism, AVC; medicamente (intoxicatie cu salicilati); - hiperventilatie in reactia de panica- hipoxemia (activare prin receptori periferici): pneumonii, embolism pulmonar- ventilatie mecanica-iatrogen

4. Alcaloze metabolice – caracterizate de un nivel plasmatic crescut al bicarbonatului - exces de substante alkaline (ex. perfuzie cu bicarbonat de sodiu)- pierdere de protoni: varsaturi; diuretice; hiperaldosteronism; hipo K⁺

Investigarea echilibrului acido-bazic

1. pH arterial standard; N = 7,35-7,45 - in conditii standard PaCO2 = 40 mmHg, 37 gradeC, 100%O22. pH actual = pH pacientului (nu e in conditii standard)3. paCO2 = 40 mmHg4. [H2CO3] = 0.03 x paCO2 = 1.2 mmol/l5. Bicarbonatul standard N = 24 mEq/l concentratia de bicarbonat in conditii standard PaCO2 = 40 mmHg, 37 gradeC, 100%O26. Bicarbonatul actual = concentratia de bicarbonat a pacientului (nu e in conditii standard)7. Excesul de baze (BE) = cantitatea de acid sau de baza necesara pentru a reface pH neutru a unei plasme in vitro8. Excesul de baze satandard (SBE) = cantitatea de acid/baza necesara pentru a reface pH neutru al unei plasme in vivo (este

calculat pentru o valoare a Hb de 5 g/dl pentru ca Hb tamponeaza nu numai plasma ci de fapt lichidul extracelular)9. Doza de bicarbonat calculata = BE X 30% din greutatea corpului - 21 litri (pentru ca volumul de lichide tratabil nu este doar

apa extracelulara (aprox 20% din greutatea corporala) ci ceva mai mare pentru ca bicarbonatul administrat trece partial si intracelular); in practica se administreaza initial doar jumatate din doza calculata si apoi se reevalueaza.Ex: BE = -10 mEq/L, doza calculata ar fi de 21 x 10 = 210 mEq. si administrata 105 mEq.

- pH↓ = acidemie=> acidoza decompensata- pH↑ = alcalemie=> alcaloza decompensata- pH N = nu exista tulburari EAB sau tulburarea EAB este compensata in intregime sau exista modificari mixte ale EAB de semn

schimbat(ex. acidoza metabolica + alcaloza respiratorie in intoxicatia cu salicilati)

conform ec. Henderson-Hasselbach pH = 6,3 + lg [HCO3⁻]/(0,03xpaCO2)- pH-ul scade (acidoza) daca creste numitorul (= paCO2) sau scade numaratorul (bicarbonatul)- pH-ul creste (alcaloza) daca scade numitorul (= paCO2) sau creste numaratorul (bicarbonatul)

acidoza metabolica = primar ↓[HCO3⁻]; secundar, compensator ↓paCO2 alcaloza metabolica = primar ↑[HCO3⁻]; secundar, compensator ↑paCO2 acidoza respiratorie = primar ↑paCO2; secundar, compensator ↑[HCO3⁻]

3

alcaloza respiratorie = primar ↓paCO2; secundar, compensator ↓[HCO3⁻]

daca pH↓ modificarea primara trebuie sa fie fie cresterea paCO2 (numitor) fie scaderea bicarbonatului (numarator); modificarea in sens invers este cea compensatorie!!!!!!Compensarea care se produce in diversele situatii are o valoare calculata :Pentru acidoza respiratorie

acuta: pentru fiecare crestere a paCO2 cu 10 mmHg, bicarbonatul seric creste cu 1 mmol/l peste normal (nu> 30 mmol/l)cronica: pentru fiecare crestere a paCO2 cu 10 mmHg, bicarbonatul seric creste cu 3 - 4 mmol/l peste normal (nu> 45 mmol/l)

Pentru alcaloza respiratorieacuta: pentru fiecare scadere a paCO2 cu 10 mmHg, bicarbonatul seric scade cu 2,5 mmol/l sub normal (nu< 18 mmol/l)cronica: pentru fiecare scadere a paCO2 cu 10 mmHg, bicarbonatul seric scade cu 5 mmol/l sub normal (nu< 12 mmol/l)

Pentru acidoza metabolicapentru fiecare scadere a bicarbonatului seric cu 1mmol/l sub normal, paCO2 scade cu 1,2 mmHg sub normal (nu< 10 mmHg)

Pentru alcaloza metabolicapentru fiecare crestere a bicarbonatului seric cu 1mmol/l peste normal, paCO2 creste cu 0,7 mmHg peste normal (nu>60 mmHg)

In medie compensarea se face in raport 5/3 ( ↓sau↑ paCO2 cu 5 mmHg determina ↑sau↓bicarbonat(BE/SBE) cu 3 mEq/l.

Exemple A: pH = 7.30, PCO2 = 30 mmHg, SBE = -10 mEq/L, bicarbonat seric = 14 mmol/l; 1. In acest caz avem o acidoza; acidoza nu e data de scaderea paCO2 ci de scaderea bicarbonatului; scaderea paCO2

incearca sa aduca balanta la normal (fara sa reuseasca in acest caz) = acidoza metabolica 2. valoarea compensatorie pe care ar trebui sa o aiba paCO2 aproximativ 23 mmHg; 10mEq/lX5/3=17 mmHg3. valoarea actuala a paCO2 in acest caz este de 30 mmHg; mai mare decat valoarea previzibila a compensarii:4. mecanismele compensatorii nu functioneaza eficient/coexista si acidoza respiratorie;5. marked metabolic acidosis with mild respiratory compensation

Example B: pH = 7.2, PCO2 = 60 mmHg, SBE = 0 mEq/L, bicarbonat seric = 24 mmol/l;1. Overall change is acid.2. Respiratory change is also acid - therefore contributing to the acidosis.3. SBE is normal - no metabolic compensation. Therefore, pure respiratory acidosis.4. Typical of acute respiratory depression. Magnitude: marked respiratory acidosis

Example C: pH = 7.35, PCO2 = 60 mmHg, SBE = 7 mEq/L, bicarbonat seric = 31 mmol/l1. Overall change is slightly acid.2. Respiratory change is also acid - therefore contributing to the acidosis.3. Metabolic change is alkaline - therefore compensatory.4. The respiratory acidosis is 20 mmHg on the acid side of normal (40). To completely balance plus 20 would require 20 * 3

/ 5 = 12 mEq/L SBE5. The actual SBE is 7 eEq/L, which is roughly half way between 0 and 12, i.e., a typical metabolic compensation. The range

is about 6mEq/L wide - in this example between about 3 and 9 mEq/L.6. Magnitude: marked respiratory acidosis with moderate metabolic compensation

Example D: pH = 7.15, PCO2 = 60 mmHg, SBE = -6 mEq/L, bicarbonat seric = 18 mmol/l1. Overall change is acid.2. Respiratory change is acid - therefore contributing to the acidosis.3. Metabolic change is also acid - therefore combined acidosis.4. The components are pulling in same direction - neither can be compensating for the other5. Magnitude: marked respiratory acidosis and mild metabolic acidosis

4