PRINCIPALI SISTEMI TAMPONE

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1 SISTEMI TAMPONE PROF.SSA AUSILIA ELCE

2 Indice 1 INTRODUZIONE PRINCIPALI SISTEMI TAMPONE RECUPERO DEI BICARBONATI BIBLIOGRAFIA SITOGRAFIA di 14

3 1 Introduzione L omeostasi dei valori fisiologici di ph dei liquidi biologici rappresenta una delle attività fisiologiche essenziali dell organismo umano. Il ph è la misura della concentrazione di ioni idrogeno o idrogenioni (H + ) in una data soluzione e viene espressa tramite il logaritmo negativo della concentrazione idrogenionica in quella data soluzione, come riportato nella seguente formula: ph = log[h] + Trattandosi di relazione logaritmica negativa esistente fra i valori di ph e la concentrazione degli idrogenioni, aumenti della concentrazione idrogenionica equivalgono a riduzioni del ph e viceversa così come mostrato in figura 1. Tale convenzione è stata adottata poiché nei liquidi biologici la concentrazione degli idrogenioni è di gran lunga più bassa rispetto alle altre specie ioniche. Dunque sarebbe stato scomodo adoperare la scala decimale al fine di valutare i rapporti fra la varie specie in soluzione. Figura 1 3 di 14

4 Se volessimo comparare la concentrazione degli ioni idrogeno con quella degli ioni sodio nel plasma, la concentrazione di H + nel sangue arterioso è pari in media a 0,00004mEq/L, mentre la concentrazione di Na + nel sangue arterioso è circa 135 meq/l. Pertanto risulta particolarmente complesso adoperare la stessa scala per descrivere le concentrazioni delle due specie.il fatto che si adoperi una misura logaritmica piuttosto che una decimale nel descrivere la concentrazione degli idrogenioni comporta che a piccole variazioni di ph corrispondono a grosse variazioni nella concentrazione idrogenionica e viceversa, così come riportato in figura 2. Figura 2 4 di 14

5 Si assume per convenzione che a 25 C una data soluzione è: Acida se il ph è < 7 Neutra se il ph è = 7 Basica se il ph è > 7. L acidità è la misura della tendenza di una sostanza a cedere un protone, mentre la basicità è una misura dell affinità di una sostanza per il protone. Un acido forte, dunque, è una sostanza che ha una forte tendenza a cedere il suo protone. E il caso dell acido cloridrico (HCl), che troviamo in soluzione acquosa sempre nella sua forma dissociata (H + + Cl - ). Un acido debole, invece, ha scarsa tendenza a cedere il suo protone. Nella maggior parte dei distretti corporei il ph è leggermente alcalino e pari all incirca a 7.4. Perturbazioni del ph possono determinare stati patologici acuti o cronici di entità anche grave. Diversi sono i fattori che possono alterare il ph sanguigno, tra questi, l alimentazione, il metabolismo, la funzionalità renale e la funzionalità polmonare. Patologie caratterizzate da una maggior concentrazioni di idrogenioni nel sangue sono le acidosi, queste si suddividono a loro volta, a seconda dell eziopatogenesi, in acidosi respiratorie e metaboliche. L acidosi respiratoria è patologia causata da un alterata attività polmonare con una riduzione degli scambi di anidride carbonica, mentre l acidosi metabolica è una patologia che può essere innescata da fattori differenti, quali: Eccessivo accumulo di acidi non volatili, Perdita di alcali non volatili, come il bicarbonato, Ridotta capacità dei reni di eliminare gli acidi. 5 di 14

6 Le acidosi sono patologie di gran lunga più frequenti rispetto alle alcalosi, le quali possono essere anch esse o di tipo respiratorio o di tipo metabolico, e sono caratterizzate da un alcalinizzazione del ph sanguigno. 6 di 14

7 2 Principali sistemi tampone Le proteine sono estremamente sensibili al cambiamento del ph. Tali cambiamenti alterano la struttura terziaria delle proteine e dunque la funzionalità stesse. A livello macroscopico una condizione prolungata di acidosi è in grado di causare alterazioni a carico del sistema nervoso centrale, con una inibizione dell eccitazione neuronale che può progressivamente condurre al coma ed alla morte, per inibizione del centro del respiro. Invece, un alcalosi prolungata può altresì produrre danni a livello centrale, caratterizzati prevalentemente da una iperattivazione della scarica neuronale tale da provocare contrazioni muscolari e spasmi tali da sfociare anche nella paralisi dei muscoli respiratori. Il metabolismo di un individuo è fisiologicamente spostato verso la produzione di acidi a causa del fatto che la dieta è ricca in sostanze di natura acida ed il metabolismo contribuisce alla produzione di ioni H +. Varie sono le vie metaboliche che determinano la produzione di acidi, anche in condizioni fisiologiche. Per evitare danni da alterazioni del ph l organismo umano dispone di alcune sostanze chimiche (definite sistemi tampone) che reagiscono tra loro ammortizzando i cambiamenti di concentrazione idrogenionica ed evitando che il valore di ph si modifichi. Queste sostanze vengono definiti sistemi tampone. Nell organismo umano i tre principali sistemi tampone sono: Il sistema del bicarbonato di primaria importanza (in particolare a livello extracellulare), Il sistema delle proteine, fra queste soprattutto l emoglobina, Il sistema del fosfato. Il sistema del bicarbonato è quello che analizzeremo nell ambito di questa lezione ed è caratterizzato dalla seguente reazione all equilibrio: 7 di 14

8 H + + HCO 3 - H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 Quando si verifica un aumento della concentrazione di H +, come ad esempio accade in seguito ad uno sforzo fisico prolungato, il sistema reagisce spostando l equilibrio della reazione a destra (verso la produzione della CO 2 ); se la concentrazione degli H + si riduce, il sistema si sposta verso sinistra, determinando la produzione di H + (fig 3). Figura 3 8 di 14

9 In accordo alla reazione per ogni mole di H + prodotta, viene generata una mole di ioni HCO - 3, tuttavia la concentrazione di tale ione nel plasma è pari a 24 meq/l, maggiore rispetto a quella degli ioni H +. Ciò è dovuto in parte all azione tamponante esplicata dai globuli rossi. Infatti, lo spostamento a destra della reazione del sistema tampone del bicarbonato causa la produzione di CO 2. Una parte di CO 2 entra nel globulo rosso dove, in presenza dell enzima anidrasi carbonica, viene convertita in acido carbonico. Quest ultimo si scinde in H + (che lega l emoglobina) e in ione bicarbonato che viene rilasciato nel sangue e va a rifornire la coppia tampone. Tale reazione è più veloce rispetto alla reazione spontanea dell anidride carbonica con l acqua. L entrata della CO 2 nei globuli rossi è favorita dal fatto che queste cellule non svolgono ciclo di Krebs e quindi non producono CO 2 endogena; quindi, sono disponibili ad acquisire CO 2 dal sangue (fig 4). 9 di 14

10 Figura 4 Ovviamente a livello polmonare il meccanismo si inverte, e la CO 2 viene ceduta in cambio di ossigeno. Naturalmente questo meccanismo è a rapida saturazione, cioè è in grado di ammortizzare soltanto una limitata quantità di CO 2, per cui occorrono anche altri meccanismi (recupero polmonare e renale). 10 di 14

11 3 Recupero dei bicarbonati Lo ione H + che lega l emoglobina ha a sua volta un ruolo fisiologico: esso determina una modifica strutturale della molecola, causando una ridotta affinità per l ossigeno e quindi una maggior cessione di ossigeno proprio a quei tessuti che stanno effettuando un più attivo metabolismo e quindi stanno producendo maggiori quantità di CO 2. Questo meccanismo prende il nome di effetto Bohr. In ogni caso il meccanismo appena descritto è a rapida saturazione, vale a dire che non può di certo compensare anomalie del ph che si verificano per periodi prolungati oppure in maniera ingente. Pertanto, altri meccanismi vengono attivati in caso di acidosi, al fine di ripristinare il ph fisiologico a livello sanguigno. Tali meccanismi riguardano l intervento renale e polmonare nel processo di omeostasi del ph, in caso di acidosi o di alcalosi. Le modifiche principali a carico del polmone riguardano la ventilazione polmonare. Mentre, a carico del rene vengono attivati diversi meccanismi di recupero dei bicarbonati. Fra questi i cambiamenti riguardanti l escrezione ed il riassorbimento dell idrogeno e dei bicarbonati (fig 5). 11 di 14

12 Figura 5 12 di 14

13 Bibliografia Nelson L., Cox M. M. I principi di biochimica di Lehninger. Edizione Zanichelli Barrett K. E., Barman S. M., Boitano S., Brooks H. L. Fisiologia Medica di Ganong. Piccin, 12 edizione italiana. Lewin B, Krebs J. E., Goldstein E. S, Kilpatrick S. T. Il gene X. Zanichelli Silverthorn D.U. Fisiologia umana, un approccio integrato. Sesta edizione italiana a cura di Vellea Franca Sacchi. Pearson editore, di 14

14 Sitografia di 14