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1 EQUILIBRIO ACIDO-BASE PROF.SSA AUSILIA ELCE

2 Indice 1 INTRODUZIONE OMEOSTASI DEL PH FONTI DI ACIDI E BASI BIBLIOGRAFIA SITOGRAFIA di 14

3 1 Introduzione Per mantenimento dell equilibrio acido-base si intende in realtà l omeostasi dei valori fisiologici di ph. Il ph non è altro che la misura della concentrazione di ioni idrogeno o idrogenioni (H + ) in una data soluzione. Il valore del ph è uguale al 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. Figura 1 3 di 14

4 Il motivo per il quale è stata adoperata una scala logaritmica e non decimale al fine di descrivere le variazioni di concentrazione dello ione H + all interno dei liquidi biologici è che quest ultimo presenta una bassissima concentrazione, se paragonato ad altri ioni quali, ad esempio il sodio o il cloro. La concentrazione di H + nel sangue arterioso è pari 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. Prima di parlare delle principali caratteristiche del ph dei liquidi biologici è necessario definire i concetti di acidità e basicità. 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, in alcuni casi, esso può essere diverso da tale valore. Ad esempio, nello stomaco vi è un ph acido e ciò facilità l azione di alcuni enzimi digestivi che hanno un optimum di ph acido; analogamente, nel duodeno e nella prima parte del digiuno (dove vengono rilasciati ed agiscono gli enzimi digestivi pancreatici) vi è un ph alcalino, poiché il ph ottimale di questi enzimi è alcalino (fig 2). 4 di 14

5 Figura 2 Anche nei diversi distretti subcellulari in alcuni casi il ph è diverso dal valore fisiologico: ad esempio nei lisosomi (dove agiscono le idrolasi acide che hanno un optimum di ph acido) il ph è fortemente acido e questo può considerarsi un meccanismo di protezione per ridurre l attività enzimatica delle idrolasi lisosomiali in altri compartimenti subcellulari. Di seguito è mostrato il rapporto tra ph e concentrazione idrogenionica. ph concentrazione idrogenionica (nmol/l) di 14

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7 2 Omeostasi del ph L omeostasi è il processo tramite il quale l organismo mantiene il proprio ambiente interno relativamente stabile a fronte di perturbazioni interne o esterne. Il ph plasmatico in condizioni fisiologiche è pari a 7,38-7,42 e generalmente il ph extracellulare rispecchia quello intracellulare. Sia il ph intracellulare che quello extracellulare devono essere mantenuti in tale range dal momento che 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 (fig 3). 7 di 14

8 Figura 3 Infine, alterazioni dell equilibrio acido-base sono sono associate ad alterazioni del bilancio del potassio. Ciò è almeno in parte determinato dal fatto che a livello renale il potassio e l idrogeno vengono riassorbiti grazie allo stesso antiporto (K + /H + ATPasi) (fig 4). 8 di 14

9 Figura 4 9 di 14

10 3 Fonti di acidi e basi 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. La glicolisi è la principale via metabolica del glucosio e ha lo scopo di produrre equivalenti riducenti (NADH e FADH 2 ) che, attraverso la fosforilazione ossidativa, consentiranno di ottenere ATP. La glicolisi aerobia permette la produzione di maggiori quantità di energia rispetto alla glicolisi anaerobia ed è quindi una via metabolica preferenziale. Tuttavia, anche in individui sani, cellule prive di mitocondri (globuli rossi), oppure i muscoli quando sono chiamati ad effettuare uno sforzo improvviso ed intenso, effettuano un metabolismo anaerobio che consente di produrre minor quantità di energia sia pure in breve tempo determinando la produzione di acido lattico. Inoltre, in alcune condizioni patologiche si verifica un incremento della glicolisi anaerobia e quindi della produzione di lattato da parte di alcuni tessuti, causando acidosi metabolica. Una parte di acido lattico prodotta dal metabolismo anaerobico del muscolo, attraverso il circolo sanguigno raggiunge le cellule epatiche; nel fegato l acido lattico è trasformato in acido piruvico e, attraverso la gluconeogenesi, in glucosio che viene immesso nel sangue ed in parte è utilizzato dal muscolo. Si realizza quindi il ciclo di Cori in cui il muscolo, in condizioni di anaerobiosi, converte il glucosio in acido lattico, mentre il fegato riconverte il lattato in glucosio. Ai fini dell equilibrio acido-base, il ciclo di Cori contribuisce quindi a ridurre l acidosi causata dal lattato; nelle malattie epatiche, in cui il ciclo di Cori si riduce, è possibile che si sviluppi acidosi metabolica. Quando la disponibilità di glucosio si riduce (ad esempio nel digiuno prolungato), dal tessuto adiposo vengono immessi in circolo gli acidi grassi. Essi sono metabolizzati 10 di 14

11 attraverso la beta-ossidazione (che produce acetilcoa ed equivalenti riducenti e quindi energia). Muscoli e cuore svolgono un intenso metabolismo beta ossidativo, e sono in grado di produrre energia anche in condizioni di scarsa disponibilità di glucosio. Viceversa gli acidi grassi non superano la barriera emato-encefalica. Il fegato (che ha scarse necessità di energia) effettua la beta ossidazione, e converte l acetilcoa in corpi chetonici (acetoacetato e b-idrossibutirrato). Questi composti, immessi in circolo, superano la barriera ematoencefalica e raggiungono le cellule cerebrali, che sono in grado di ritrasformarli in acetil CoA, e quindi rifornirsi di energia attraverso il ciclo di Krebs. Quindi, la produzione di corpi chetonici è un meccanismo di salvaguardia metabolica per le cellule cerebrali. Tuttavia, i corpi chetonici concorrono alla produzione metabolica di acidi. La produzione di corpi chetonici avviene anche in condizioni normali. Tuttavia, aumenta in alcune condizioni patologiche (diabete, assunzione cronica di etanolo) causando acidosi metabolica. Il catabolismo delle basi puriniche determina la produzione di acido urico, che soltanto in parte viene riutilizzato attraverso una via di recupero. Quindi, in condizioni normali, anche il catabolismo delle basi azotate concorre alla produzione di acidi. Anche questa via metabolica si intensifica in alcune patologie (come ad esempio nelle neoplasie, dove la rapida duplicazione cellulare richiede la sintesi ed il catabolismo continuo di acidi nucleici e quindi di basi azotate), e può essere causa di acidosi metabolica. Infine, dal catabolismo degli aminoacidi solforati (metionina, cisteina) si ottiene acido solforico che concorre alla produzione fisiologica di acidi. Pertanto, in condizioni fisiologiche alcune vie metaboliche contribuiscono a produrre acidi e molte condizioni patologiche che causano acidosi metabolica sono legate all aumento dell attività delle vie metaboliche che fisiologicamente producono acidi. Per evitare danni da alterazioni del ph l organismo umano dispone di alcune sostanze chimiche (definite sistemi tampone) che reagiscono 11 di 14

12 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. 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