LA RISPOSTA POLMONARE

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1 IL CONTROLLO INTEGRATO DELL EQUILIBRIO ACIDO-BASE PROF.SSA AUSILIA ELCE

2 Indice 1 INTRODUZIONE LA RISPOSTA POLMONARE LA RISPOSTA RENALE BIBLIOGRAFIA SITOGRAFIA di 14

3 1 Introduzione Nella maggior parte dei distretti corporei il ph è leggermente alcalino e pari all incirca a 7.4, tale valore rispecchia i valori di ph plasmatico ed i valori intracellulari di ph. 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. 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. L alcalosi respiratoria è generalmente caratterizzata da atti respiratori che superano il numero di 20 per minuto ed è spesso accompagnata da nausea, aritmie e parestesie. L alcalosi metabolica, invece, è causata da una perdita di acidi o da un accumulo di bicarbonati, conseguentemente un aumento del ph arterioso. Variazioni del ph sono deleterie per l organismo umano, poiché gli ioni H + interferiscono con la struttura delle proteine, determinandone dunque un anomalia nella funzione delle stesse. A livello macroscopico una condizione prolungata 3 di 14

4 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 diversi meccanismi omeostatici, tra questi 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. Tuttavia i sistemi tampone possono sopperire in maniera immediata a piccole variazioni di ph. Quando invece si verificano modifiche importanti al ph, altri meccanismi vengono attivati 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 4 di 14

5 riguardanti l escrezione ed il riassorbimento dell idrogeno e dei bicarbonati. La risposta polmonare è in grado di sopperire a circa il 75% delle alterazioni del ph, mentre il rene è in grado di comprire il restante 25% di tali alterazioni, ma mentre il primo risponde in maniera rapida ai cambiamenti del ph, il secondo presenta una risposta più lenta, i cui effetti sono rilevabili dopo circa ore dalla perturbazione (fig 1). Figura 1 5 di 14

6 2 La risposta polmonare La risposta polmonare rappresenta un intervento di tipo rapido nei confronti dei cambiamenti di ph. L organismo adopera la ventilazione come metodo per aggiustare il ph, tale risposta si verifica in seguito a due stimoli: aumento della concentrazione di ioni H + e aumento della pressione parziale dell anidride carbonica (PCO 2 ) nel sangue periferico (fig 2). Figura 2 Analizziamo come sempre l anomalia che si verifica con maggior frequenza, ovvero le acidosi. In caso di abbassamento del ph, i chemocettori collocati a livello delle arterie aortiche e 6 di 14

7 carotidee sono in grado di avvertire l aumento nel plasma della concentrazione degli ioni H +. Tali chemocettori, attivando neuroni sensoriali, sono in grado di comunicare la variazione avvenuta al centro di controllo respiratorio del Bulbo, il quale, tramite motoneuroni somatici, è in grado a sua volta di attivare maggiormente le contrazioni dei muscoli respiratori, determinando così una variazione del numero di atti respiratori al minuto e della profondità del respiro. Il fine di tale azione è quello di espellere l anidride carbonica in eccesso, la quale a livello del sangue ne causa l acidificazione. Allo stesso tempo, l aumento della ventilazione ossigena l organismo. Il ph così si innalza andando ad inibire l azione dei chemocettori, con un meccanismo a feedback negativo (fig 3). Figura 3 7 di 14

8 A tale meccanismo si associa anche quello che prevede la percezione a livello centrale delle modifiche al ph. Tale meccanismo entra in gioco quando aumenta la pressione parziale della CO 2 nel sangue periferico. Tale variazione è avvertita a livello centrale dai chemocettori collocati a livello del Bulbo. Essi non sono capaci di ricevere la stimolazione derivante dall aumento degli idrogenioni, poiché questi ultimi non sono in grado di passare la barriera emato-encefalica. Pertanto, i chemocettori centrali avvertono le variazioni riguardanti la pressione parziale della CO 2 per attivare la risposta neuromotoria somatica dei muscoli respiratori. Anche in questo caso, l abbassamento della pressione parziale di anidride carbonica nel sangue determina una inibizione della strada precedentemente attivata a livello centrale (fig 4). Figura 4 8 di 14

9 L effetto finale della risposta polmonare consiste in un aumento della frequenza e della profondità respiro che favorisce l espulsione della CO 2, l ossigenazione dei tessuti e gli aggiustamenti del ph. 9 di 14

10 3 La risposta renale I reni garantiscono il 25% di compensazione che il polmone non può fornire, modificando il ph in due modi: Azione diretta, tramite escrezione/riassorbimento ioni H +, Azione indiretta, mediante modifiche della velocità di riassorbimento/escrezione del tampone HCO 3 -. Tali attività richiedono maggior tempo affinché gli effetti siano rilevabili sul plasma. In condizioni di acidosi, il rene secerne maggiori quantitativi di ioni H + a livello del lume tubulare attraverso il trasporto attivo diretto ed indiretto. La sede di questi processi è l unità funzionale del rene, ovvero il nefrone. Le cellule che compongono alcuni distretti del nefrone esprimono specifici trasportatori implicati in tale processo. I trasportatori più coinvolti sono i seguenti: Scambiatore Na + /H + o NHE (Na + -H + Exchanger) è un trasportatore attivo indiretto che trasporta Na + dentro la cellula, scambiandolo con H + contro gradiente, esso coinvolto nel riassorbimento di Na + nel tubulo prossimale; Simporto Na + -HCO 3 -, espresso sulla membrana basolaterale, sposta ioni Na + e HCO 3 - fuori dalla cellula verso i liquidi interstiziali; H + -ATPasi usa l energia dell ATP per acidificare l urina; H + -K + ATPasi trasferisce H + nelle urine scambiandolo con K + ; 10 di 14

11 Antiporto Na + -NH 4 + trasferisce NH 4 + dalla cellula al lume tubulare, scambiandolo con Na +. I principali aggiustamenti del ph avvengono a livello del tubulo prossimale e del dotto collettore. Nello specifico il tubulo prossimale è la sede principale di secrezione di idrogenioni e di riassorbimento di bicarbonato e sodio. In figura 5 sono stati schematizzati i principali meccanismi coinvolti in questo processo. Figura 5 Ioni H + e ioni bicarbonato che sono stati filtrati ed escreti nel lume tubulare per il processo di filtrazione glomerulare si combinano tra loro per dar vita ad anidride carbonica, presente nella 11 di 14

12 preurina, che diffonde nelle cellule tubulari. Tali cellule esprimono l enzima anidrasi carbonica (AC) preposto alla catalisi di acido carbonico (H 2 CO 3 ) a partire dalla CO 2 e dall H 2 O. L acido carbonico si dissocia facilmente in H + e HCO - 3 all interno della cellula. A questo punto gli ioni H + vengono riescreti nel lume tubulare grazie all azione dello scambiatore NHE, il quale accoppia lo spostamento di ioni sodio all interno della cellula secondo il proprio gradiente di concentrazione al trasporto degli ioni H + all esterno della cellula e contro il proprio gradiente di concentrazione. Il bicarbonato, invece, viene cotrasportato insieme agli ioni sodio all interno dei liquidi interstiziali e quindi nel sangue, grazie all azione del simporto Na + -HCO 3 - Lo ione H + per evitare di essere riassorbito si combina con i tamponi renali, rappresentati dallo ione fosfato H 2 PO 4 - e lo ione ammonio NH 4 +. Il primo proviene dalla filtrazione glomerulare, il secondo è in parte proveniente dall ultrafiltrato, in parte dal metabolismo della glutammina. Questo amminoacido viene deamminato in alfa-chetoglutarato ed NH 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