L’EQUILIBRIO ACIDO-BASE NEL SANGUE

I tamponi fisiologici del pH 1 - Il sistema acido carbonico-bicarbonato: H2CO3 H+ + HCO3– pKa = 6.1 pH = 6.1 + log [HCO3–] [H2CO3] 2 - Il sistema fosfato: H2PO4– H+ + HPO4– – pKa = 6.8 pH = 6.8 + log [HPO4– – ] [H2PO4–] pK2 = 6.8 pK1 = 2 pK3 = 10 3 - Il sistema proteina-proteinati: HPr H+ + Pr– pKa = 7.4 gruppi imidazolici dell’istidina maggior efficacia tampone perché il pKa è il più vicino al pH fisiologico alto contenuto di proteine plasmatiche (albumina) e Hb capacità tampone del sangue totale: 48 mmoli/l Respiratorio_5

Il sistema dei bicarbonati I sistemi tampone bicarbonato e monofosfato sono meno efficaci (a causa del loro pKa < 7.4) ma più adatti a controllare il pH plasmatico perché regolati dal sistema respiratorio (bicarbonati) e renale (bicarbonati e fosfati). La loro quantità è praticamente illimitata dato che sono regolati attivamente dal nostro organismo [H2CO3] Il sistema dei bicarbonati In soluzione: H2CO3 H+ + HCO3– e pK1 = 6.1 pH = pK1 + log [HCO3–] L’equazione di massa fornisce le condizioni di equilibrio dei tre componenti: [H+] [HCO3–] = K1 (1) Sostituendo: [H2CO3]  [CO2] pH = 6.1 + log [CO2] quando [HCO3–] = 20 [CO2], la (2): diventa (2) pH = 6.1 + log 20 = 6.1 + 1.3 = 7.4 Respiratorio_5

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

Il sistema tampone bicarbonato/acido carbonico H2CO3 HCO3- + H+

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ rene polmone

Tamponi cellulari CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ rene polmone

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Tamponi cellulari rene polmone 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)

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Tamponi cellulari rene polmone HCO3- L’equilibrio di dissociazione del sistema tampone HCO3/H2CO3 è descritto dalla legge d’azione di massa, espressa come equazione di Henderson-Hasselbach, nella quale l’H2CO3 è inserito sotto forma di PaCO2 moltiplicata per un coefficiente di solubilità della CO2 in H2O (si ottiene un dato in mEq/L) HCO3- pH = 6.1 + log 0.0301 PaCO2

HCO3- pH = 6.1 + log 0.0301xPaCO2 24 mEq/L pH = 6.1 + log 0.0301x 40 mmHg 24 mEq/L pH = 6.1 + log 1.2 mEq/L pH = 6.1 + log (24/1.2) pH = 6.1 + log 20 pH = 6.1 + 1.3 = 7.40

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 acido-base 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

RENE

Il tampone H2CO3/HCO3- e l’acidosi metabolica Il sistema tampone H2CO3/HCO3– è un ottimo sistema per equilibrare il pH solo se riesce a scambiare CO2 con l’ambiente esterno in condizioni normali aumentata acidità 2H+ HCO3– 20 CO2 1 = la sola aumentata velocità di scambio della CO2 tra capillare e alveolo è sufficiente in un sistema aperto per compensare parzialmente l’aumento di H+ (acidosi) o di OH– (alcalosi) Respiratorio_5

Acidosi e alcalosi plasmatica il pH del sangue dipende dal rapporto non dai valori assoluti di [HCO3–] e [CO2] basta variare il rapporto per riequilibrare il pH plasmatico il contenuto di CO2 plasmatica può essere regolato velocemente attraverso la respirazione (ventilazione) la regolazione renale dei bicarbonati è lenta ma efficace e riporta l’[HCO3–] al suo valore assoluto di equilibrio (24 mM/litro) l’acidosi si verifica quando: [H+] pH [CO2] [HCO3–] HCO3– CO2 il riequilibrio avviene attraverso: 1 – chemotrasduzione (glomi carotidei e aortici, chemorecettori centrali) 2 – stimolazione dei centri nervosi del respiro 3 – iperventilazione 4 – riduzione della CO2 l’alcalosi si verifica quando: [H+] pH [CO2] [HCO3–] il riequilibrio avviene attraverso gli stessi meccanismi che controllano l’acidosi

Acidosi e alcalosi metabolica cause dell’acidosi cause dell’alcalosi fatica muscolare (acido lattico) diabete mellito (acidi dal metabolismo dei lipidi) insufficienza renale (accumulo di H+ nel plasma) diuretici inibitori dell’anidrasi carbonica (minor riassorbimento di HCO3–, [HCO3-] plasmatica) vomito (perdita di HCl) aldosterone (aumentata secrezione renale di H+) assunzione di sali alcalini (NaHCO3) sono compensate per via respiratoria (chemocettori centrali) i valori di pH si riequilibrano perché viene riaggiustato il rapporto HCO3–/CO2 ma non i loro valori assoluti (bassi nell’acidosi e alti nell’alcalosi) il completo riequilibrio del pH e dei valori assoluti avviene attraverso la funzione renale Acidosi e alcalosi respiratoria causate da una ridotta o aumentata ventilazione alveolare sono entrambe compensate dal riequilibrio acido-base a livello renale coinvolgendo tamponi non bicarbonato (fosfati, proteine plasmatiche)

Alcalosi Respiratoria pH Normale (7.36 – 7.44) < 7.36 > 7.44 PaCO2 PaCO2 PaCO2 36-44 HCO3 22-26 PaCO2 > 44 HCO3 > 26 < 40 > 40 < 40 > 40 PaCO2 < 36 HCO3 < 22 Alcalosi Respiratoria Ac: riduz HCO3 = 0.25 PaCO2 Eq. A-b Normale* ac resp + alc met Acidosi Respiratoria Ac: aum HCO3= 0.1 PaCO2 ac met + alc resp Acid Metabolica Riduz PaCO2 = 1.2 HCO3 Alc Metabolica Aum PaCO2= 0.7 x HCO3 *alc metab+ ac metab