EQUILIBRIO ACIDO - BASE da appunti del dott. Claudio Italiano, internista ospedaliero Che significa? Vuol dire che l organismo ha un suo equilibrio, detto omeòstasi, cioè il sangue deve necessariamente avere un valore di acidità o di ph intorno a 7,35 e 7,45. Guai se ciò non accade!!! Si vira verso condizioni non compatibili con la vita, dette di ACIDOSI, se il valore del ph si abbassa o di ALCALOSI se sale. L organismo umano è costituito in massima parte da acqua in cui sono disciolte svariate sostanze. Nell acqua pura, come sappiamo, la concentrazione degli ioni idrogeno H +, in sostanza i protoni, sono in perfetto equilibrio, ma se disciogliamo nell acqua acido carbonico (es. acque acidule frizzanti) il valore dell acidità virerà verso l acido ed il ph si abbasserà. Per convenzione il ph (parola che deriva dal francese pouvoir(potenziale) + Hydrogene ) si definisce come il logaritmo negativo in base 10 della concentrazione di ioni di idrogeno libero in moli per litro cioè ph = -log 10 [H + ]. Nell acqua neutra il ph è 7 poiché la quantità di protoni H + è perfettamente pari e bilanciata da quella degli anioni OH -, di segno opposto. Infatti per entrambi gli ioni la concentrazione è di 10-7 moli per litro per cui il ph dell acqua neutra corrisponde a log ( 10-7)ossia al log 10 7 quindi a 7. Ma la reazione del plasma, cioè della parte liquida del sangue, è normalmente alcalina con un ph di 7,41, al contrario dell urina che è quasi sempre debolmente acida intorno a 6 e può variare da 4,4 (acidità) a 8 (basicità debole) in ragione delle sostanze escrete, perché il rene è una potente macchina dell omeostasi dell organismo, cioè corregge gli errori metabolici e regola l acidità del sangue, per così dire. Il ph arterioso sistemico viene regolato e mantenuto costante grazie a dei sistemi, detti SISTEMI TAMPONE, che sono dovuti alla presenza di sostanze chimiche nel sangue che possono "tamponare" cioè intervenire per correggere il disequilibrio che nel frattempo si sta creando. Ma questi sistemi non sono infiniti!! La regolazione della tensione di anidride carbonica, che come sappiamo è il gas di rifiuto che si ottiene dalla combustione chimica dei carboidrati (e non solo) contribuisce a questa regolazione del ph del sangue ed è funzione, cioè dipende, della ventilazione respiratoria. Chi vi scrive, oggi per esempio, sta impegnandosi a correggere una elevata pco2, cioè pressione parziale di anidride carbonica in una paziente con artrite reumatoide e polmone reumatoide, cioè un polmone che non scambia e non "butta fuori" la CO2. A parte il polmone, esiste un altro organo importante nella regolazione dell equilibrio acido-base, che è il rene. Così se un soggetto soffre di insufficienza renale ed anche di bronchite cronica possiamo affermare con certezza che la fine regolazione del suo ph ematico sarà molto difficoltosa. In particolare per sapere qual è il ph del sangue, esiste una splendida equazione che tutti i medici studiano e che è quella di Henderson- Hasselbach: ph = 6,1 + log [HCO3 -] Pa CO2x 0,0301 Nella maggioranza dei casi la produzione e l escrezione di Co2 sono bilanciate e la Pa CO2 (pressione parziale di anidride carbonica) è mantenuta su valori massimi di 40 mmhg (millimetri di mercurio). L esame che ci dà
contezza di ciò è l emogas o EGA. L ipercapnia è il risultato di una ipoventilazione piuttosto che di una aumentata produzione di anidride carbonica, cioè se un paziente ha problemi respiratori che vanno dalla infezione delle vie respiratorie alle bronchiti croniche aumenterà il tasso di CO2 nel sangue. Poiché la CO2 con H2O dà origine a H2CO3, cioè acido carbonico, allora ne consegue che l acido nel sangue farà abbassare il valore del ph verso l acido. Ma non sempre è così, perchè talvolta avviene esattamente il contrario ed allora nemmeno il medico più bravo ci capisce niente! Che cosa può accadere allora? Che se la Pa CO2 è maggiore o minore di 40 mmhg, allora il ph rispettivamente (vedi la formula) scende a valori più acidi -à acidosi respiratoria o sale a valori più alcalini -à alcalosi respiratoria, e si dice respiratoria perché dipende dalla concentrazione parziale della CO2. Quando viceversa il problema è del HCO3-, cioè del bicarbonato è sempre il rene responsabile dei metabolismi e dell escrezione dei bicarbonati, allo scopo di mantenere l equilibrio acido-base. Ma qual è il ruolo del polmone come organo deputato alla regolazione del ph ematico ed emuntorio di anidride carbonica? Il polmone svolge un ruolo fondamentale, insieme al rene nel regolare l equilibrio acido-base. Esso capta ossigeno che si lega all emoglobina e viene veicolato ai tessuti, ma L EMOGLOBINA, a sua volta, dai tessuti capta l anidride carbonica o CO2, che viene condotta al polmone e qui eliminata come CO 2 respiratoria ed H 2 O. Per capirne il motivo occorre sapere che esiste nei globuli rossi l anidrasi carbonica che interviene nella reazione che da CO2 + H20 conduce alla produzione di acido carbonico o H 2 CO 3. Nel polmone, invece, non esiste questa possibilità e l acido carbonico si divide in acqua ed anidride carbonica che, appunto, come già detto, è eliminata con il respiro. Ma i bicarbonati, cioè la forma dissociata dell acido carbonico, HCO3-, da una parte servono per secernere CO 2, ma d'all'altra per mantenere il ph nei range. Fondamentalmente il mantenimento del ph nel range di normalità è funzione di una normale PaCO 2 (circa 40 mmhg dove mmhg = equivale ad 1 millimetro di mercurio) e di una normale quantità di bicarbonati circa 24 meq/litro ( meq = milionesima parte ). La PaCO 2 varia al variare della funzione respiratoria, come l'hco 3 - si modifica in base alla funzionalita' del rene. Ne consegue che la attività respiratoria e quella renale sono fondamentali nella omeostasi dell equilibrio acido base. La formula: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + illustra questo concetto. La reazione può andare in un senso o nell altro, a seconda dei reagenti. Ogni variazione degli ioni di idrogeno e bicarbonato o dell'anidride carbonica determinano una alterazione di questo equilibrio con spostamenti a sinistra o a destra, che dovranno essere corretti dall apparato respiratorio (che con un aumento della ventilazione smaltirà la quantità eccedente di CO 2 ) e dall apparato renale (che aumenterà o ridurrà la eliminazione degli ioni H + e HCO 3 - ) In parole povere: se aumenta l'acidità, il conseguente aumento di H + provoca una reazione da destra a sinistra con aumento della CO 2 che viene eliminata dai polmoni. Se aumenta la alcalinità, ovvero diminuiscono gli ioni H +, si ha una reazione da sinistra a destra con diminuzione di CO 2.
I reni regolano la HCO3- attraverso : Riassorbimento di bicarbonato filtrato Produzione di acido titolabile Escrezione di NH4+ Ora sperando che abbiate poche idee, ma ben confuse (!), diremo che le alterazioni dell equilibrio acido-base si dividono in: Alterazioni semplici dell equilibrio Alterazioni miste Le malattie respiratorie possono dare, come si è detto, accumulo di anidride carbonica, fino ad arrivare al quadro del coma ipercapnico. Il paziente respiratorio, cioè può presentarsi sonnolento e se gli fate una emogas, scoprirete che scambia male, cioè che il tasso di anidride carbonica o pco2 è elevato, oltre i 40 mmhg. L acidosi metabolica è dovuta all aumento di acidi endogeni (per esempio i chetoacidi), per esempio nel coma diabetico chetoacidotico, dove vengono prodotti corpi chetonici, cioè l organismo riesce solo a bruciare i grassi perché i carboidrati non sono metabolizzati come dovrebbe nella catena respiratoria. Considerazioni alla base del compenso acido base Meccanismi tampone Il metabolismo dell organismo umano deve quindi mantenere costantemente in equilibrio il ph, attraverso alcuni principali meccanismi tampone: 1) modifica escrezione renale di bicarbonati: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - + H + ( gli H + vengono escreti, come detto sopra attraverso il rene, mentre i bicarbonati vengono riassorbiti nel tubulo renale ovvero funzione renale) 2) modifica escrezione respiratoria CO2 (attraverso l'iperventilazione o l'ipoventilazione, funzione respiratoria) 3) modifica escrezione renale di fosfati: NaHPO 4 + H + HCO 3 NaH 2 PO 4 (escreto nelle urine) + NaHCO 3 (riassorbito) (che nella praticano legano gli H + e li eliminano nelle urine- è il principale sistema tampone a livello renale) 4) modifica escrezione renale di ammoniaca: Na + R + NH 3 + H + + HCO3 - NaHCO3 - (riassorbito) + NH + 4R (escreto nelle urine) (R è un qualunque acido non volatile) (idem come sopra, nella praticano lega gli H + e li eliminano nelle urine) per cui secondo l'equazione di Henderson-Hasselblach ovvero [H] = [H 2 CO]/[HCO 3 - ] ovvero considerando che esiste una diretta proporzionalità tra [H 2 CO] e [CO 2 ], ph = 6,1 x log HCO 3 /0,0031 PaCO 2 per ogni aumento di PaCO 2 dovremo avere un reciproco aumento di HCO 3 - e viceversa, se vogliamo mantenere costante il ph Nella pratica si tende ad utilizzare la analoga equazione di Kaisseres Bleich: H + = 24 x PaCO 2 /HCO 3 -
Meccanismi di compenso 1)Compenso respiratorio] I chemorecettori siti nei centri respiratori bulbari o nel glomo carotideo quando si "allertano" per via di una alterazione del ph, modificano la risposta ventilatoria, ovvero se acidosi (ovviamente metabolica) si avrà iperventilazione, se alcalosi (metabolica) si avrà ipoventilazione. 2)Compenso renale E' un meccanismo per cui ad una alterazione del ph si avra' un movimento di HCO 3 - per tentare di ristabilire l'equilibrio. Questo movimento può avvenire per modifica del riassorbimento di HCO 3 - o modifica della rigenerazione di HCO 3 -. 2a)Riassorbimento di bicarbonati] Praticamente tutti i bicarbonati che passano attraverso il nefrone vengono riassorbiti. (infatti come detto sopra il riassorbimento di bicarbonati è correlato alla secrezione di H +. Il riassorbimento è però anche (parzialmente) modulato da K + e PaCO 2. Infatti l'aumento di CO 2 incrementa il riassorbimento di HCO 3 - e viceversa. La disidratazione accresce il riassorbimento di HCO 3 - e viceversa. 2b)Rigenerazione dei bicarbonati Le cellule distali del nefrone infatti idratano l'anidride carbonica e la scindono in H + e HCO 3 -, per cui il protone (H) viene escreto nelle urine assieme a fosfati o ammoniaca), mentre lo ione bicarbonato rientra nel circolo ematico.(come mostrato nelle formule 3 e 4) Valori di riferimento ph normali = 7,35-7,45 PaCO 2 = 35-45 mmhg HCO 3 - = 22-26 Cl - sierico = 95-105 meq/l Na + sierico = 135-145 meq/l K + sierico = 3,3-4,9 meq/l Anion gap= Na + -(HCO3 - +Cl - ) = 12 +/-4 delta PaCO 2 = PaCO2 attuale-paco2 di riferimento delta HCO 3 - = HCO 3 - attuale - HCO 3 - di riferimento delta anion gap = anion gap attuale-anion gap di riferimento compenso atteso = compenso che noi ci aspettiamo e che può essere calcolato in termine di di modifica di HCO 3 - - o di PaCO 2.