Dott.ssa Marta Tavecchia. COS E IL ph?

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1 Dott.ssa Marta Tavecchia COS E IL ph?

2 IL RENE: COSA FA? Regola il bilancio idrico Regola il bilancio elettrolitico Regola l equilibrio acido base Elimina le scorie del metabolismo azotato Svolge un ruolo endocrino: Sistema renina angiotensina Sintesi di metaboliti attivi della vitamina D Sintesi di eritropoietina

3 E quando i Nefroni imboccano la Via del Paradiso?

4 L emogasanalisi: perché è i mportante in sala dialisi? Consente la misurazione rapida di: ph e bicarbonati plasmatici Potassio, calcio ionizzato, sodio

5 L emogasanalisi: perché è importante in sala dialisi? PRE DIALISI POST DIALISI valutare ph, bicarbonato, calcio ionizzato e potassio Valutare ph, bicarbonato, calcio ionizzato e potassio Decidere il bagno di dialisi più adatto al paziente, terapia chelante e di supporto di potassio e calcio Efficacia della seduta, alcalemia, ipopotassiemia, bilancio del calcio

6 EQUILIBRIO ACIDO-BASE (1) L organismo produce acidi per effetto del metabolismo nmoli/die di acidi volatili (CO2) vengono eliminati attraverso i POLMONI 80 nmoli/die di acidi fissi vengono eliminati attraverso il RENE L organismo si difende dalle variazioni rapide di ph attraverso i sistemi tampone i POLMONI si attivano in pochi minuti grazie al centro del respiro il RENE si attiva in alcune ore e termina il suo intervento dopo 2 o 3 giorni

7 EQUILIBRIO ACIDO-BASE (2) Gli ioni idrogeno sono molto reattivi in soluzione. Possono rompere legami chimici, modificare la forma di molecole complesse e determinare alterazioni cellulari e tessutali È quindi fondamentale che la loro concentrazione venga regolata in modo preciso. Inoltre la concentrazione di ioni H + nei liquidi corporei è bassa se paragonata a quella di altri ioni.

8 MECCANISMI CHE LIMITANO E/O CORREGGONO MODIFICAZIONI DELLA CONCENTRAZIONE IDROGENIOICA NELL ORGANISMO SISTEMI TAMPONE Sistema di prima difesa verso le alterazioni acido-basiche + trasporto acidi e basi verso gli apparati escretori (rene e polmone) RENE eliminazione acidi fissi (e basi) POLMONE eliminazione acidi volatili (CO2) derivanti dal metabolismo dei nutrienti o dal tamponamento di acidi da parte del bicarbonato

9 IL CONTROLLO DELL EQUILIBRIO ACIDO-BASE AVVIENE SOSTANZIALMENTE GRAZIE A: Controllo pco 2 tramite la ventilazione alveolare Escrezione renale H+ Mantenimento concentrazione HCO3-

10 Un sistema tampone è costituito da un acido e dalla sua base coniugata ed è in grado di rilasciare o legare H+ a seconda delle necessità. In caso di legame l H+ cessa temporaneamente di esistere come specie dissociata autonoma (e quindi altamente reattiva) nel fluido contenente il tampone

11 Johannes Nicolaus Brønsted Definizione di Brønsted e Lowry (1923) Thomas Martin Lowry (per acidi e basi in soluzione acquosa) Acido = donatore di protoni Base = accettore di protoni

12 Cos è il ph? (1) ph = - log [H+] Ma [H+] = Ka [HA]/[A-] ph = log [HCO 3 - ] 0.03 P CO2

13 Cos è il ph? (2) Il range di ph compatibile con la vita è compreso tra 6.8 e 7.8 (range di concentrazione di H+ compreso tra 16 nmoli/l e 160 nmoli/l) IL VALORE NORMALE DI ph NEL SANGUE ARTERIOSO E CIRCA 7.4.

14 RUOLO CENTRALE DEL SISTEMA TAMPONE BICARBONATO E il tampone quantitativamente più importante nell extracellulare E in equilibrio con i sistemi tampone intracellulari Le due componenti del sistema (bicarbonato/acido carbonico) sono controllate separatamente dal RENE (componente metabolica) e dal POLMONE (componente respiratoria) La valutazione delle due componenti del sistema del bicarbonato consente di valutare l equilibrio acido-base dell organismo, attraverso l equazione di Henderson- Hasselbalch

15 TAMPONE BICARBONATO/ACIDO CARBONICO H2CO3 HCO3 - + H + CO2 + H 2 O H2CO3 HCO3 - + H + CO2: polmone HCO3 - : rene

16 Tamponi cellulari CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + polmone rene

17 Tamponi cellulari CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + polmone rene Lo studio dell equilibrio di dissociazione del sistema tampone bicarbonato/acido carbonico fornisce indicazioni sull equilibrio acido-base dell organismo in toto e sui meccanismo di compenso renali (metabolici) e polmonari (respiratori)

18 Tamponi cellulari CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + polmone rene L equilibrio di dissociazione del sistema tampone HCO3/H 2 CO 3 è descritto dalla legge d azione di massa, espressa come equazione di Henderson-Hasselbach, nella quale l H 2 CO 3 è inserito sotto forma di PaCO2 moltiplicata per un coefficiente di solubilità della CO 2 in H 2 O (si ottiene un dato in meq/l) ph = log HCO PaCO 2

19 Nell organismo esistono numerosi sistemi e ciascuno di essi ha un equilibrio espresso dalla sua equazione di HH Però, poiché tutti sono anche in equilibrio tra di loro, sarà sufficiente studiarne uno solo per conoscere l equilibrio acidobase di un soggetto Il sistema tampone che viene utilizzato in clinica è quello bicarbonato/acido carbonico, cioè bicarbonato/co2 Viene utilizzato in quanto le due componenti sono facilmente misurabili e in quanto direttamente influenzata dai due sistemi coinvolti nella regolazione dell equilibrio acido-base: emuntorio renale e sistema respiratorio

20 RUOLO DEL RENE NEL MANTENIMENTO DELL EQUILIBRIO ACIDO/BASE Riassorbimento del bicarbonato già presente nel sangue e che venendo filtrato dal glomerulo verrebbe perso nelle urine (tubulo prossimale) Eliminazione netta di H + (tubulo distale) La base fisiologica di entrambi gli effetti è rappresentata dalla secrezione di H+, a livello dei tubuli prossimale e distale

21 RIASSORBIMENTO DEI BICARBONATI NEL TUBULO PROSSIMALE NaHCO3 Na+ 85% del bicarbonato filtrato elevata capacità (24 meq/l di bicarbonato x 150 L di filtrato glomerulare = 3600 meq/24 ore filtrati) Elevata permeabilità luminale agli H+ Basso gradiente di H+ (7.4 inizio t.p., 7 fine t.p.) per la presenza della anidrasi carbonica Scambio Na/H epitelio tubulare + cotrasporto Na/HCO3 basolaterale Soglia dei bicarbonati 26 meq/l

22 CON TROLLO DEL RIASSORBIMENTO PROSSIMALE DI BICARBONATO Acidosi extracellulare Volemia efficace Sistema renina-angiotensina Potassiemia e patrimonio potassico

23 ELIMINAZIONE NETTA DI H+ (generazione di bicarbonati) NEL TUBULO DISTALE Secrezione di H+ mediata da una H + ATPasi nelle cellule intercalate Secrezione contro gradiente elevato (ph 7.4 nel sangue, 4.5 nelle urine gradiente di 1:1000) con bassa permeabilità luminale agli H + Presenza di tamponi luminali (Fosfati e NH3) per legare gli H+ secreti H+ escreti come H+ liberi (quantità minima), acidità titolabile e ioni ammonio (NH 4+ ) quest ultimo rappresenta il principale meccanismo di eliminazione degli H + sia in condizioni fisiologiche che quando sia necessario eliminare un carico di H + (acidosi)

24 ESCREZIONE NETTADI DI H+ COME ACIDITA TITOLABILE

25 ESCREZIONE NETTA DI H + COME AMMONIO Delle varie forme di escrezione di H+, solamente l escrezione dello ione ammonio può aumentare significativamente in presenza di un carico acido

26 Fattori che stimolano l escrezione di idrogenioni nel tubulo distale Riduzione ph ematico Aumento PaCO 2 Ipopotassiemia Aumento aldosterone

27 RIASSORBIMENTO DI HCO 3 - Il riassorbimento di HCO3- è importante per il mantenimento dell equilibrio acido-base. Tuttavia da solo non è di per sè in grado di ricostituire gli ioni HCO3- che sono stati consumati nel processo di tamponamento degli acidi non volatili prodotti dal metabolismo. La produzione di nuovi HCO3- (rigenerazione) dipende dalla disponibilità di TAMPONI URINARI.

28 TAMPONI URINARI (1) Ammoniaca NH3/NH4+ I principali tamponi urinari sono Fosfati HPO42- /H2PO4-

29 TAMPONI URINARI (2) FOSFATI: Derivano interamente dall introito con la dieta (acidità titolabile) AMMONIACA: Sintetizzata dal rene in risposta alla necessità di mantenere l equilibrio acido-base È il più importante tampone urinario: Glutamina 2 NH 4 + anione bivalente Glutamina 2 NH HCO 3 -

30 RUOLO DEL POLMONE NEL MANTENIMENTO DELL EQUILIBRIO ACIDO-BASE eliminazione acidi volatili (CO2) attraverso la ventilazione alveolare

31 VENTILAZIONE ALVEOLARE (VA) E PaCO2 (I) La VA è la quantità di aria che raggiunge gli alveoli e prende parte agli scambi respiratori. E data dalla differenza tra VE (ventilazione minuto) e VD (spazio morto, cioè le vie aeree che non partecipano agli scambi respiratori) La VA rappresenta l unica modalità di eliminazione della CO2 prodotta dal metabolismo (VCO2) In condizioni normali la quantità di CO2 eliminata con VA è uguale a alla produzione metabolica di CO2 (circa 200 ml/min)

32 DISORDINI DELL EQUILIBRIO ACIDO/BASE (1) Alterazione della funzione renale Alterazione della funzione respiratoria Carico acido o alcalino maggiore delle capacità escretorie dell organismo Variazione del ph extracellulare

33 EQUILIBRIO ACIDO-BASE: DEFINIZIONI Acidemia ph < 7.36 Alcalemia ph > 7.44 Acidosi Alcalosi Acidosi metabolica Alcalosi metabolica Acidosi respiratoria Alcalosi respiratoria Disordine misto Compenso Processo fisiopatologico che tende ad aumentare [H+] e a ridurre il ph Processo fisiopatologico che tende a ridurre [ H+] e ad aumentare il ph processo che primitivamente riduce HCO3 processo che primitivamente aumenta HCO3 processo che primitivamente aumenta la PaCo2 processo che primitivamente riduce la PaCO2 Condizione nella quale è presente più di un disturbo acido-base primitivo Risposta fisiologica all acidosi o all alcalosi, che determina un parizlale ritorno del ph verso i livelli normali

34 DISORDINI DELL EQUILIBRIO ACIDO/BASE(2) Esistono dei disordini misti dell equilibrio acidobase in cui coesistono patologie renali e respiratorie in cui il valore finale di ph dipende dal bilancio che deriva dalle diverse patologie presenti.

35 Squilibrio primitivo respiratorio compenso metabolico Squilibrio primitivo metabolico compenso respiratorio

36 Compensi acidosi metabolica alcalosi metabolica acidosi respiratoria alcalosi respiratoria riduzione PaCO2 (polmone) aumento PaCO2 (polmone) aumento bicarbonati (rene) riduzione bicarbonati (rene)

37 ACIDOSI RESPIRATORIA (1) Alterazione dell equilibrio acido acido-base caratterizzata da un primitivo aumento della PaCO2, eventuale riduzione del ph arterioso (acidosi respiratoria con acidemia), e da secondario aumento dei bicarbonati (compenso renale) La patogenesi riconosce cause secondarie ad alterazioni del sistema ventilatorio

38 ACIDOSI RESPIRATORIA (2): sistema ventilatorio e ventilazione fisiologica La ventilazione fisiologica è il risultato di complesse interazioni tra centri respiratori del SNC, chemocettori centrali e periferici, muscoli respiratori e parenchima polmonare Ha lo scopo di eliminare la CO 2 prodotta dal metabolismo I determinanti della PaCO2 arteriosa saranno quindi rappresentati dalla ventilazione alveolare e dalla produzione metabolica di CO 2

39 ACIDOSI RESPIRATORIA (3) a) pazienti che non ventilano (di solito acidosi resp. acute) il problema è la depressione dello stimolo respiratorio (es. sedativi, narcotici, alcool, lesioni SNC post-anossiche, trauma cranico, encefalite, etc) b) pazienti che non possono ventilare (di solito acidosi resp. croniche) due possibili problemi 1) insufficienza primitiva della pompa ventilatoria (m. respiratori): farmaci e tossici (curarizzanti, esteri organofosorici etc.), sclerosi multipla, miopatie acute etc. 2) insufficienza secondaria della pompa ventilatoria (fatica dei muscoli respiratori) da eccessivo aumento del lavoro respiratorio (lavoro elastico - malattie restrittive, ARDS etc. oppure lavoro resistivo - crisi asmatica, BPCO- 3) patologie del parenchima polmonare compromissione degli scambi gassosi (BPCO grave, edema polmonare acuto etc.)

40 ACIDOSI RESPIRATORIA (4)

41 ACIDOSI RESPIRATORIA (5) CLINICA ACIDOSI RESPIRATORIA ACUTA - cefalea - alterazioni visus - tremori - agitazione stato soporoso coma - ipotensione ACIDOSI RESPIRATORIA CRONICA - dispnea - agitazione stato soporoso coma - segni e sintomi della pneumopatia di base - segni e sintomi di cuore polmonare cronico Diagnosi: emogasanalisi arteriosa PaCO2 > 44 mmhg

42 ACIDOSI METABOLICA (1) Condizione caratterizzata da primitiva riduzione della concentrazione di bicarbonati, con eventuale riduzione del ph (acidosi metabolica con acidemia) e riduzione secondaria della PaCO2 (compenso respiratorio) La patogenesi riconosce più spesso cause che determinano perdita di bicarbonati, aumentata produzione di acidi (di solito organici), o insufficiente capacità escrezione di H + sotto forma di ioni ammonio

43 ACIDOSI METABOLICA (2) MECCANISMI DI COMPENSO: Sistemi tampone extra- e intracellulari Polmone (se il sistema ventilatorio è adeguato) Rene (se non è causa primitiva dell acidosi metabolica)

44 ACIDOSI METABOLICA (3)

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47 ACIDOSI METABOLICA (4) 1) Aumentata produzione di acidi Endogena Acidosi lattica Chetoacidosi Apporto esogeno di acidi o precursori di acidi Tossici 2) Perdita di bicarbonati a) Perdita diretta Via gastroenterica (diarrea, fistole biliari, pancreatiche, intestinali etc. Via renale (acidosi tubulari prossimali) b) Perdita indiretta di bicarbonati (ridotta capacità di rigenerazione renale dei bicarbonati per deficit di eliminazione urinaria di NH 4+ ) insufficienza renale acuta o cronica, acidosi tubulari distali

48 ACIDOSI METABOLICA (5) Acidosi metabolica da ridotta capacità di rigenerazione renale dei bicarbonati: acidosi dell insufficienza renale ridotta produzione di NH3 ridotto trasferimento luminale di NH3 ridotta escrezione urinaria di ioni ammonio X

49 ACIDOSI METABOLICA (6) Presupposto fisiopatologico: il principale meccanismo di compenso all acidosi metabolica è rappresentato dall aumento dell ammoniuria (aumenta la rigenerazione di HCO3) nell acidosi metabolica, se la causa non è il rene, dovrà esserci una ammoniuria elevata ESCREZIONE URINARIA DI NH4 + ELEVATA: il rene risponde appropriatamente alla causa dell acidosi => la causa è EXTRArenale BASSA: il rene non risponde appropriatamente alla presenza di acidosi => il rene è l origine stessa dell acidosi

50 ALCALOSI METABOLICA (1) Condizione caratterizzata da aumento primitivo dei bicarbonati con aumento del ph, e da aumento secondario della PaCO2 (compenso respiratorio) Compenso all alcalosi metabolica: ipoventilazione aumento PaCO2

51 ALCALOSI METABOLICA (2) MAJOR ADVERSE CONSEQUENCES OF SEVERE ALKALEMIA (Adroguè HJ, Madias NE, N Engl J Med 1998; 338: ) Cardiovascular - Arterial constriction - Reduction in coronary blood flow - Reduction in anginal threshold - Predisposition to refractory supraventricular and ventricular arrhythmias Respiratory - Hypoventilation with attendant hypercapnia and hypoxemia - Enhancement of hypoxic pulmonary vasoconstriction worsening of ventilation-perfusion relationships Metabolic - Stimulation of anaerobic glycolysis and organic acid production - Hypokalemia - Decreased plasma ionized calcium concentration - Hypomagnesiemia and hypocalcemia Cerebral - Reduction in cerebral blood flow - Tetany, seizures, lethargy, delirium and stupor

52 ALCALOSI METABOLICA (3) EZIOPATOGENESI: Meccanismi che determinano aumento della bicarbonatemia attraverso la perdita di H+ o un guadagno di basi: Perdita di fluido gastrico Diuretici Alcalosi post-ipercapnica Eccesso di attività mineralcorticoide Forme clororesponsive o volume sensibili (95 % dei casi) Forme clororesistenti o volume resistenti

53 ALCALOSI METABOLICA (3) MANTENIMENTO: i meccanismi che mantengono elevata la bicarbonatemia (aumento soglia renale HCO3): 1) Ipopotassiemia - acidosi intracellulare - aumento attività scambiatore H+/K+ nefrone distale - (aumentata produzione ed escrezione di ammonio) 2) Eccesso di mineralcorticoidi - stimolo diretto sulla H+-ATPasi del tubulo collettore - stimolo indiretto (voltaggio dipendente): riassorbimento di Na nel t. collettore 3) Deplezione di volume (volemia efficace) - iperaldosteronismo - angiotensina II - stimolo adrenergico - riduzione GFR - effetti diretti del cloro

54 ALCALOSI RESPIRATORIA (1) Alterazione dell equilibrio acido-base caratterizzato da una primitiva riduzione della pressione parziale di CO2 nei fluidi corporei, eventuale aumento del ph (alcalosi respiratoria con alcalemia) e riduzione secondaria dei bicarbonati (compenso renale) Quest alterazione determina una risposta di compenso RENALE con una riduzione dei bicarbonati

55 Normale ( ) ph < 7.36 > 7.44 PaCO HCO Eq. A-b Normale* ac met + alc resp *alc metab+ ac metab PaCO2 < 36 HCO3 < 22 ac resp + alc met PaCO2 > 44 HCO3 > 26 Acid Metabolica Riduz PaCO2 = 1.2 HCO3 oppure ultime due cifre ph PaCO2 < 40 > 40 Acidosi Respiratoria Ac: aum HCO3= 0.1 PaCO2 Cr: aum HCO3= 0.4 PaCO2 PaCO2 < 40 > 40 Alcalosi Respiratoria Ac: riduz HCO3 = 0.25 PaCO2 Cr: riduz HCO3 = 0.5 PaCO2 Alc Metabolica Aum PaCO2= 0.7 x HCO3 o le due cifre decimali del ph

56 E PER FINIRE.. Un ultimo sguardo a quello che incontriamo ogni giorno in sala dialisi.

57 INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (1) L entità dell accumulo di valenze acide in corso di uremia è stato valutato di ca 19 meq/die con una dieta artificiale, oppure seguendo una dieta normale e considerando l apporto intestinale di basi il carico acido è stato valutato intorno a 10 meq/die

58 INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (2) RIDUZIONE DELLA BICARBONATEMIA ACIDOSI METABOLICA DEPAUPERAMENTO DEI TAMPONI CELLULARI ACIDOSI INTRACELLULARE DEMINERALIZZAZIONE OSSEA PROGRESSIVA

59 INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (3) In presenza di insufficienza renale la capacità di eliminare un carico acido non metabolizzabile è ridotta. Riduzione della sintesi di ammonio Riduzione della secrezione di protoni nel lume tubulare Riduzione dell acidità titolabile e del riassorbimento di ioni bicarbonato

60 INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (4) Con l iniziale riduzione del GFR il bilancio degli ioni idrogeno viene mantenuto con un aumento dell escrezione di ioni ammonio da parte dei nefroni ancora funzionanti. L escrezione totale di ioni ammonio comincia a ridursi quando il GFR scende al di sotto di ml/min

61 INSUFFICIENZA RENALE E UREMIA: BILANCIO ACIDO-BASE (5) Quando il paziente si avvicina allo stadio finale dell insufficienza renale usualmente la concentrazione plasmatica di ioni bicarbonato si stabilizza intorno a meq/l. Il tamponamento da parte dell osso impedisce che la concentrazione scenda ulteriormente

62 EQUILIBRIO ACIDO-BASE IN DIALISI (1) La funzione di reintegrazione del patrimonio corporeo di tamponi, normalmente svolta dal rene nel soggetto sano, è affidata nei paziente in dialisi alla somministrazione esogena di equivalenti alcalini per neutralizzare la continua produzione metabolica di acidi. Tuttavia l adeguatezza dialitica dell equilibrio acido-base è un parametro di non facile valutazione in quanto, mentre nel soggetto normale l eliminazione delle valenze acide avviene in modo continuo e la generazione degli idrogenioni è uguale alla rimozione attraverso la via renale, nel paziente dializzato l intermittenza del trattamento rende necessario lo studio di due fasi: dialitica ed interdialitica. Trattato Italiano di Dialisi - Wichtig Editore - Giugno 1999

63 Grazie a tutti per l attenzione!