Equilibrio acido-base PON “le scienze in … gara” a.s. 2012/13 Liceo statale “E.P.Fonseca” – Napoli Esperto prof. C. Formica Tutor prof. L. Meduri

Lo ione idrogeno come specie altamente reattiva H+ Alterazioni strutturali Il legame con le proteine (enzimi, proteine contrattili, proteine di trasporto) è collegato ad: Alterazioni funzionali

Forme di acidi fissi e volatili Inorganici H3PO4 (Fosfati organici, proteine) H2SO4 (AA solforati) Organici Acido lattico Chetoacidi Tossici Farmaci Acidi volatili H2CO3  CO2 + H2O

Parametri dell’equilibrio acido-base: - quali sono, come si esprimono (unità di misura) - concetto di valori medi e range fisiologico [H+] 40 nEq/L (36-44) pH 7.40 (7.36–7.44) PaCO2 40 mmHg (36-44) HCO3 24 mEq/L (22–26) Dove si misurano: L’equilibrio acido-base nel suo complesso si può valutare solamente sul sangue arterioso, che consente di analizzare il ruolo dei tre componenti fondamentali della regolazione: trasporto ematico sotto forma di tamponi, polmone, rene  l’emogasanalisi arteriosa rappresenta l’esame più importante

Concentrazioni normali anioni e cationi nel plasma ANIONI, mEq/L Cl 103 HCO3 24 CATIONI, mEq/L Na 140 K 4.5 Ca 5 Mg 2 H+ 0.000040 (40 nEq/L)

Rene  eliminazione acidi fissi (e basi) Meccanismi che limitano e/o correggono modificazioni della concentrazione idrogenionica nell’organismo Sistemi tampone  Sistema di prima difesa verso le alterazioni acido-basiche + trasporto acidi e basi verso gli apparati escretori (rene e polmone) Rene  eliminazione acidi fissi (e basi) Polmone  eliminazione acidi volatili (CO2) derivanti dal metabolismo dei nutrienti o dal tamponamento di acidi da parte del bicarbonato

Un sistema tampone è costituito da un acido e dalla sua base coniugata ed è in grado di rilasciare o legare H+ a seconda delle necessità. In caso di legame  l’H+ cessa temporaneamente di esistere come specie dissociata autonoma (e quindi altamente reattiva) nel fluido contenente il tampone

Sistemi tampone dell’organismo: tamponi intra- ed extracellulari

Ruolo centrale del sistema tampone bicarbonato/ acido carbonico CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ tampone extracellulare più abbondante è in equilibrio con i sistemi tampone intracellulari la componente metabolica è controllata dal rene la componente respiratoria è controllata dal polmone componenti facilmente misurabili per valutare l’equilibrio acido-base dell’organismo, attraverso l’equazione di Henderson-Hasselbalch

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

Ruolo del rene nel mantenimento del bilancio acido-basico Riassorbimento del bicarbonato già presente nel sangue e che venendo filtrato dal glomerulo verrebbe perso nelle urine (tubulo prossimale) Eliminazione netta di H+ (tubulo distale) La base fisiologica di entrambi gli effetti è rappresentata dalla secrezione di H+, a livello dei tubuli prossimale e distale

Fattori che stimolano l’escrezione di idrogenioni nel tubulo distale Riduzione pH ematico Aumento PaCO2 Ipopotassiemia Aumento aldosterone

dell’equilibrio acido-base: Alcalosi respiratoria Le alterazioni dell’equilibrio acido-base: Acidosi respiratoria Acidosi metabolica Alcalosi respiratoria Alcalosi metabolica

Equilibrio acido-base: definizioni Acidemia pH < 7.36 Alcalemia pH > 7.44 Acidosi Processo fisiopatologico che tende ad aumentare [H+] e a ridurre il pH Alcalosi Processo fisiopatologico che tende a ridurre [ H+] e ad aumentare il pH Acidosi metabolica processo che primitivamente riduce HCO3 Alcalosi metabolica processo che primitivamente aumenta HCO3 Acidosi respiratoria processo che primitivamente aumenta la PaCo2 Alcalosi respiratoria processo che primitivamente riduce la PaCO2 Disordine misto Condizione nella quale è presente più di un disturbo acido-base primitivo Compenso Risposta fisiologica all’acidosi o all’alcalosi, che determina un parizlale ritorno del pH verso i livelli normali

Compensi acidosi metabolica alcalosi metabolica acidosi respiratoria alcalosi respiratoria riduzione PaCO2 (polmone) aumento PaCO2 (polmone) aumento bicarbonati (rene) riduzione bicarbonati (rene)

ACIDOSI RESPIRATORIA   Alterazione dell’equilibrio acido acido-base caratterizzata da un primitivo aumento della PaCO2, eventuale riduzione del pH arterioso (acidosi respiratoria con acidemia), e da secondario aumento dei bicarbonati (compenso renale) La patogenesi riconosce cause secondarie ad alterazioni del sistema ventilatorio

ACIDOSI RESPIRATORIA   a)   pazienti che non ventilano (di solito acidosi resp. acute) il problema è la depressione dello stimolo respiratorio (es. sedativi, narcotici, alcool, lesioni SNC post-anossiche, trauma cranico, encefalite, etc) b)  pazienti che non possono ventilare (di solito acidosi resp. croniche) due possibili problemi 1)   insufficienza primitiva della pompa ventilatoria (m. respiratori): farmaci e tossici (curarizzanti, esteri organofosorici etc.), sclerosi multipla, miopatie acute etc. 2)   insufficienza secondaria della pompa ventilatoria (fatica dei muscoli respiratori) da eccessivo aumento del lavoro respiratorio -         lavoro elastico (malattie restrittive, ARDS etc.) -         lavoro resistivo (ad es. crisi asmatica, BPCO) 3) patologie del parenchima polmonare  compromissione degli scambi gassosi (BPCO grave, edema polmonare acuto etc.)

Acidosi metabolica Condizione caratterizzata da primitiva riduzione della concentrazione di bicarbonati, con eventuale riduzione del pH (acidosi metabolica con acidemia) e riduzione secondaria della PaCO2 (compenso respiratorio) La patogenesi riconosce più spesso cause che determinao perdita di bicarbonati, aumentata produzione di acidi (di solito organici), o insufficiente capacità escrezione di H+ sotto forma di ioni ammonio

Meccanismi di compenso all’acidosi metabolica Sistemi tampone extra- e intracellulari Polmone (se il sistema ventilatorio è adeguato) Rene (se non è causa primitiva dell’acidosi metabolica)

cause dell’acidosi metabolica Aumentata produzione di acidi endogena Acidosi lattica Chetoacidosi diabetica esogena intossicazione da farmaci – etanolo, aspirina, barbiturici (sonniferi) Perdita di bicarbonati diretta Via gastroenterica (diarrea etc.) Via renale (acidosi tubulari prossimali) indiretta (ridotta capacità di rigenerazione renale dei bicarbonati per deficit di eliminazione urinaria di NH4+) insufficienza renale acuta o cronica, acidosi tubulari distali

Acidosi da aumentata produzione endogena di acidi organici: l’acidosi lattica Ridotta disponibilità periferica O2 b) Aumentata produzione piruvato a) Ridotta utilizzazione del piruvato

Patogenesi dell’acidosi lattica

Acidosi da aumentata produzione endogena di acidi organici: la chetoacidosi diabetica

Composizione elettrolitica dei fluidi gastroenterici HCO3 mEq/L Na K Cl plasma 22-26 135-145 3.5-5 98-106 bile 30-40 130-140 4-6 95-105 pancreas 80-100 40-60 Int tenue Colon 30-50 80-140 25-45

Se il pH > 7.65 la mortalità sale all’80% Alcalosi metabolica Provocata da vomito e altre cause con ↑ bicarbonati, ↑ pH, e ↑ PaCO2 (compenso respiratorio). Se il pH > 7.65 la mortalità sale all’80%

Alcalosi respiratoria Provocata da vomito e altre cause da ↓ PaCO2 con ↑ pH, ↓ bicarbonati (compenso renale). Se il pH > 7.65 la mortalità sale all’80%

Cause di iperventilazione Sepsi Anemia grave Ipossia Intossicazione da salicilati Pneumopatie Insufficienza epatica Compenso respiratorio acidosi metabolica

Neurologic Effects of Hypocapnia Systemic hypocapnia results in cerebrospinal fluid alkalosis, which decreases cerebral blood flow, cerebral oxygen delivery, and to a lesser extent, cerebral blood volume. The reduction in intracranial pressure may be lifesaving in patients in whom the pressure is severely elevated. However, hypocapnia-induced brain ischemia may occur because of vasoconstriction (impairing cerebral perfusion), reduced oxygen release from hemoglobin, and increased neuronal excitability, with the possible release of excitotoxins such as glutamate. Over time, cerebrospinal fluid pH and, hence, cerebral blood flow gradually return to normal. Subsequent normalization of the partial pressure of arterial carbon dioxide can then result in cerebral hyperemia, causing reperfusion injury to previously ischemic brain regions.

Riepilogo alcalosi e acidosi Normale (7.36 – 7.44) < 7.36 PaCO2 > 7.44 PaCO2 36-44 HCO3 22-26 PaCO2 > 44 HCO3 > 26 PaCO2 < 40 > 40 < 40 > 40 PaCO2 < 36 HCO3 < 22 Alcalosi Respiratoria Ac: riduz HCO3 = 0.25 PaCO2 Cr: riduz HCO3 = 0.5 PaCO2 Eq. A-b Normale* ac resp + alc met Acidosi Respiratoria Ac: aum HCO3= 0.1 PaCO2 Cr: aum HCO3= 0.4 PaCO2 ac met + alc resp Acid Metabolica Riduz PaCO2 = 1.2 HCO3 oppure ultime due cifre pH Alc Metabolica Aum PaCO2= 0.7 x HCO3 o le due cifre decimali del pH