FIZIOLOGIA SI FIZIOPATOLOGIA METABOLISMULUI ACIDO-BAZIC

pH-ul exprima gradul de aciditate sau de alcalinitate a unei solutii. El este cuprins intre 0 si 14: de la 0 la 7, vorbim de aciditate; cifra 7 corespunde neutralitatii; de la 7 la 14, vorbim de alcalinitate. Mentinerea echilibrului acido-bazic normal reprezinta o conditie indispensabila vietii unui organism. Exista numerosi factori care pot perturba acest echilibru.

Metabolismul celular produce: dioxid de carbon, acizi volatili si acizi nevolatili:

Acizii volatili sau "slabi" sunt: acidul oxalic, piruvic, acetilacetic si se transforma in acid carbonic in cursul proceselor metabolice. Acesta este eliminat la nivelul plamanilor sub forma de dioxid de carbon.

Acizii nevolatili sau "tari" sunt acidul uric, sulfuric, fosforic, care sunt eliminati la nivelul rinichilor.

REGLAREA pH-ului SANGUIN

pH-ul sanguin normal variaza intre 7,35 - 7,45.. Valorile sale sunt mentinute in aceste limite stranse prin interventia:

Sistemelelor    tampon ale sangelui si lichidului interstitial (mecanisme cu actiune rapida);

Mecanismelor viscerale, a caror suport anatomic este reprezentat de plamani (figura 1) care controleaza concentratia sanguina de CO₂ (si de H₂CO₃) si de rinichi care regleaza concentratia de HCO₃^- (mecanisme de reglare pe termen lung).

1. Sistemele tampon

Sistemele tampon reprezinta asocieri intre un acid slab si o sare alcalina (o baza tare) capabile sa amortizeze sau sa reduca variatiile de pH ale unei solutii careia ii adaugam un acid sau o baza tare (capabile sa cedeze sau sa accepte protoni).

Principalul sistem tampon care participa la reglarea pH-lui este reprezentat de sistemul acid carbonic/bicarbonat. Acidul carbonic este considerat a fi factorul respirator al sistemului tampon, iar bicarbonatul factorul metabolic al sistemului tampon bicarbonat/acid carbonic (HCO₃^-/ H₂CO₃).

Acidul carbonic se formeaza in urma reactiei reversibile CO₂+H₂O H₂CO₃    catalizata de anhidraza carbonica. Concentratia de acid carbonic depinde de presiunea arteriala a dioxidului de carbon (normal, PaCO₂ = 40 mmHg) si de coeficientul de solubilitate a dioxidului de carbon in apa (a = 0,03) dupa formula a PaCO₂ = 0,03 40 = 1,2 mEq/l    (concentratia sanguina a acidului carbonic).

Bicarbonatul are o concentratie sanguina medie de aproximativ 24 mEq/l (23 - 28 mEq/l).

pH-ul depinde de raportul dintre concentratia de bicarbonat ([HCO₃^-]) si cea de acid carbonic ([H₂CO₃]), fiind calculat dupa urmatoarea formula (Henderson - Hasselbalch):

pH = pK + log (HCO₃^-] / [H₂CO₃ = pK + log (HCO₃^-] /0,03xPaCO₂

unde pK este constanta de disociatie a acidului carbonic; pentru sistemul HCO3^- / H₂CO₃, pK = 6,10

pH = 6,1 + log (24/1,2) = 6,1 + log 20 = 6,1 + 1,3 = 7,4

Aasadar, raportul normal HCO₃^- / H₂CO₃ este de 20/1, iar pH-ul sanguin normal este de 7,40 (cu variatii intre 7,35 si 7,45).

pH-ul depinde, deci de raportul HCO3^-/paCO₂.

2. Mecanismele viscerale (plamanii si rinichii)

Plamanii participa la reglarea echilibrului acido-bazic prin:

Eliminarea dioxidului de carbon din sange (CO₂ se combina cu apa pentru a forma H₂CO₃, astfel ca eliminarea CO₂ este echivalenta cu eliminarea acidului).

Ritmul respirator se modifica in functie de aciditatea corpului, acesta accelerandu-se in conditii de aciditate pentru a se elimina mai mult CO₂ (hiperventilatie) sau incetinindu-se in conditii de alcalinitate pentru a retine acidul si pentru a reduce alcalinitatea (hipoventilatie).

Figura 1. Mecanismele pulmonare de compensare.

Rinichii participa la reglarea echilibrului acido-bazic prin:

Reabsorbtia bicarbonatului (HCO₃^-) la nivelul tubului contort proximal urmata de tamponarea ionilor H⁺ (figura 2)

Figura 2. Reabsorbtia renala a bicarbonatului.

La baza reabsorbtiei de bicarbonat sta reactia dintre CO ₂ si apa catalizata de anhidraza carbonica, rezultand acid carbonic. Acidul carbonic disociaza in: H⁺ si HCO₃^-. Protonii secretati active in lumenul tubular substituie Na⁺ din bicarbonatul filtrat (la nivelul tubilor renali). Na⁺ intra in celula tubulara unde formeaza impreuna cu anionul bicarbonic: bicarbonatul de sodiu. Bicarbonatul de sodiu trece in sangele peritubular, refacand rezerva de bicarbonat a organismului.

Excretia H⁺ la nivelul tubului contort distal care se realizeaza sub doua forme:

acidifierea urinii (figura 3) si amoniogeneza renala (figura 4)

Figura 3. Acidifierea urinii Figura 4. Amoniogeneza renala

Acidifierea urinii:

Principalul sistem tampon care da aciditatea titrabila a urinii este sistemul

fosfat disodic Na₂HPO₄/fosfat monosodic NaH₂PO₄. In celula tubulara, sub

actiunea anhidrazei carbonice rezulta acid carbonic din CO₂ si apa, care

discociaza in H⁺ si HCO₃^-. Protonii ies din celula tubulara la schimb cu Na⁺,

care intra in celula tubulara formand impreuna cu HCO₃^- bicarbonat de sodiu,

ce trece in sange (reabsorbtia bicarbonatului). Protonii formeaza impreuna cu

HPO₄^-Na⁺ , fosfatul monosodic (NaH₂PO₄).

Amoniogeneza renala:

Amoniacul se formeaza in celulele tubulare prin dezaminarea glutaminei. Amoniacul difuzeaza liber din celule in lumenul tubular, unde la pH-ul urinar acid, se cupleaza cu H⁺ si formeaza cationul NH₄⁺ . Cationul NH₄⁺ substituie Na din NaCl filtrat si rezulta clorura de amoniu care se elimina in urina. Na eliberat astfel va fi reabsorbit in celula tubulara, de unde, impreuna cu anionul HCO₃^- trec in sange sub forma de bicarbonat (figura 4).

DEZECHILIBRE ACIDO-BAZICE

Definitie: Fiecare modificare a raportului HCO₃^- / H₂CO₃ care determina devierea pH-lui in afara limitelor normale, va cauza tulburari sau dezechilibre acido-bazice.

Clasificare:

Modificarea raportului HCO₃^- / H₂CO₃ determina 2 tipuri de tulburari acido-bazice: metabolice si respiratorii:

• cresterea > 7,45 se numeste alcaloza
• scaderea < 7,35 se numeste acidoza.

Modificarea primara a acidului carbonic va da nastere unor dezechilibre respiratorii:

• cresterea primara a H₂CO₃ determina acidoza respiratorie
• scaderea primara a H₂CO₃ determina alcaloza respiratorie

Modificarea primara a bicarbonatului va da nastere unor dezechilibre metabolice:

cresterea primara a HCO₃^- determina alcaloza metabolica

scaderea primara a HCO₃^- determina acidoza metabolica

3. Cauze de dezechilibre acido-bazice respiratorii

Acidoza respiratorie cresterea primara a H₂CO₃). Se produce in starile insotite de hipoventilatie alveolara, cand plamanii nu elimina dioxidul de carbon care se acumuleaza, cu formare de acid carbonic in exces, PaCO₂ creste, iar echilibrul reactiei CO₂ + H₂O H₂CO₃ este deviat la dreapta. Rezulta o crestere primara a H₂CO₃ care determina scaderea raportului [HCO₃^-]/[H₂CO₃] sub 20/1 si a pH-lui sub 7,35.

Afectiunile insotite de o hipoventilatie alveolara in care poate apare acidoza respiratorie sunt: bolile respiratorii (restrictive, obstructive si mixte), depresia acuta a centrilor respiratori bulbari (barbiturice, supradoza de anestezice).

Cresterea PaCO₂ determina hipercapnie, vasodilatatia cerebrala, cu hipertensiune intracraniana si chiar stare de coma

3.2 Alcaloza respiratorie (scaderea primara a H₂CO₃ Se produce in starile insotite de hiperventilatie alveolara, cand plamanii elimina in exces dioxidul de carbon, concentratia acestuia scazand in sange; PaCO₂ scade, iar echilibrul reactiei CO₂ + H₂O H₂CO₃ este deviat la stanga. Scaderea primara a H₂CO₃ determina cresterea raportului [HCO₃^-]/[H₂CO₃] peste 20/1 si a pH-lui peste 7,45.

Apare in afectiunile insotite de o hiperventilatie alveolara ca: stimularea centrilor respiratori (anxietate, febra, intoxicatii cu salicilati - faza initiala) sau efortul fizic moderat.

Scaderea PaCO₂ se poate manifesta prin vasoconstrictia cerebrala

4. Cauze de dezechilibre acido-bazice metabolice

4.1 Acidoza metabolica (scaderea primara a HCO₃^-). In acidoza metabolica defectul primar este reprezentat de scaderea concentratiei de bicarbonat in lichidul extracelular. Scaderea concentratiei plasmatice de bicarbonat determina scaderea raportului [HCO₃^-]/[H₂CO₃] sub 20/1 si in consecinta scaderea pH-lui sub valoarea de 7,35.

Cauzele sunt urmatoarele:

diaree severa (pierderea bicarbonatului la nivelul intestinului)

insuficienta renala (scaderea reabsorbtiei/formarii de HCO₃^-)

hipoaldosteronismul (scaderea reabsorbtiei sodiului si bicarbonatului la nivelul nefronului distal

tulburari metabolice: acidoza lactica (stari de soc, efort fizic intens la bolnavii hepatici) si cetoacidoza (diabetul zaharat)

intoxicatii medicamentoase (salicilati - faza avansata) sau substante chimice (metanol)

4.2 Alcaloza metabolica (cresterea primara a HCO₃^-). In alcaloza metabolica defectul primar este reprezentat de excesul de bicarbonat plasmatic, cu cresterea raportului [HCO₃^-]/[H₂CO₃] peste 20/1 si a pH-lui peste 7,45. Alcalozele metabolice pot fi cauzate de: varsaturi prelungite si hiperaldosteronism.

EFECTELE ACIDOZEI SI ALCALOZEI

1. Mecanisme de compensare:

Plamanii si rinichii vor incerca sa compenseze tulburarile echilibrului acido-bazic si sa normalizeze pH-ul sanguin prin declansarea mecanismelor compensatorii:

o alcaloza respiratorie (scaderea primara a H₂CO₃) va fi compensata prin scaderea secundara a reabsorbtiei renale a HCO₃^- ;

o acidoza respiratorie (cresterea primara a H₂CO₃) va fi compensata prin cresterea reabsorbtiei si formarii HCO₃^- la nivel renal.

o alcaloza metabolica cresterea primara a HCO₃^-) poate fi compensata teoretic prin hipoventilatie, dar acest tip de compensare este limitata (figura 5); alcaloza inhiba centrii respiratori determinand hipoventilatie alveolara.

o acidoza metabolica (scaderea primara a HCO₃^-) poate fi compensata prin scaderea secundara respiratorie a concentratiei plasmatice de CO₂ (hiperventilatie) (figura 5). Acidoza stimuleaza centrul respirator determinand hiperventilatie alveolara.

2. Manifestari:

Consecintele alcalozei sunt urmatoarele:

hipokaliemie (schimb cu protonii, care ies din celula; intra in schimb K in celula) (figura 7)

scaderea concentratiei de calciu plasmatic liber (creste cantitatea de Ca²⁺ legata de proteinele plasmatice)

cresterea excitabilitatii neuromusculare asociata cu crampe musculare (datorate in parte unei scaderi a concentratiei de calciu plasmatic liber, dar mai ales vasoconstrictiei cerebrale)

alcaloza favorizeaza hipoglicemia.

Consecintele acidozei sunt urmatoarele:

hiperkaliemie (protonii intra in celula, iesind in schimb potasiul) (figura 6)

inhibarea Na⁺/K⁺ ATPazei, avand ca si consecinta intrarea Na⁺ si iesirea K⁺ cu agravarea hiperkaliemiei 

actiune inotrop negativa asupra inimii, favorizand si aparitia aritmiilor (risc de aritmii si de tulburari de conducere)

o acidoza persistenta declanseaza o demineralizare osoasa (sarurile minerale din os trec in mediu acid solubilizandu-se)

acidoza intracelulara favorizeaza hiperglicemia 

acidoza celulara va inhiba mecanismele de semnalizare intracelulara si va induce moarte celulara.

Figura 5. Compensarea respiratorie

Inhibitorii anhidrazei carbonice

Sunt diuretice care blocheaza anhidraza carbonica (enzima ce catalizeaza reactia dintre CO₂ si apa cu formarea de acid carbonic). Produce pierdere de bicarbonat si acidoza. Sunt utili in tratamentul glaucomului si alcalozei metabolice. Pot produce acidoza metabolica.

Reabsorbtia Na in tubul proximal este legata de reabsorbtia de bicarbonat. Acetazolamida (un inhibitor al anhidrazei carbonice) isi exercita efectul diuretic impiedicand reabsorbtia Na.

Figura 6. Migrarea intracelulara a protonilor in acidoza; la schimb iese potasiul din celula.

Figura 7. Hipopotasemia din alcaloza.