Equilibrio acido-base

PON “le scienze in … gara”

a.s. 2012/13 Liceo statale “E.P.Fonseca” – Napoli

Esperto prof. C. FormicaTutor prof. L. Meduri

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Lo ione idrogeno come specie altamente reattiva

H+

Il legame con le proteine (enzimi, proteine contrattili,

proteine di trasporto) è collegato ad:

Alterazioni funzionali

Alterazioni strutturali

Forme di acidi fissi e volatili

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Acidi fissiInorganiciH3PO4 (Fosfati

organici, proteine)H2SO4 (AA solforati)

OrganiciAcido latticoChetoacidiTossiciFarmaci

Acidi volatiliH2CO3 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)

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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

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CATIONI, mEq/LNa 140K 4.5 Ca 5 Mg 2 H+ 0.000040 (40 nEq/L)

ANIONI, mEq/LCl 103HCO3 24

Meccanismi che limitano e/o correggono modificazioni della concentrazione idrogenionica nell’organismo

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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

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Sistemi tampone dell’organismo:tamponi intra- ed extracellulari

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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

Ruolo centrale del sistema tampone bicarbonato/ acido carbonico

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CO2 + H2O H2CO3 HCO3-

+ H+ polmone rene

pH = 6.1 + log HCO3-

0.0301 PaCO2

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)

Tamponi cellulari

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pH = 6.1 + log HCO3-

0.0301xPaCO2

pH = 6.1 + log 24 mEq/L0.0301x 40 mmHg

pH = 6.1 + log 24 mEq/L 1.2 mEq/L

pH = 6.1 + log (24/1.2)

pH = 6.1 + log 20

pH = 6.1 + 1.3 = 7.4011

Ruolo del rene nel mantenimento del bilancio acido-basico

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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

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Riduzione pH ematicoAumento PaCO2

IpopotassiemiaAumento aldosterone

Le alterazioni

dell’equilibrio acido-base:

Acidosi respiratoria

Acidosi metabolica

Alcalosi respiratoria

Alcalosi metabolica14

Equilibrio acido-base: definizioniAcidemia 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 15

Compensi

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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

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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 problemi1)   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.)

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Acidosi metabolicaCondizione 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 ammonio19

Meccanismi di compenso all’acidosi metabolica

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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

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Aumentata produzione di acidi

endogena Acidosi lattica Chetoacidosi diabeticaesogena

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

a) Ridotta utilizzazionedel piruvato

b) Aumentata produzione piruvato

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Patogenesi dell’acidosi lattica

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

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Composizione elettrolitica dei fluidi gastroenterici

HCO3mEq/L

NamEq/L

KmEq/L

ClmEq/L

plasma 22-26 135-145 3.5-5 98-106

bile 30-40 130-140 4-6 95-105

pancreas 80-100 130-140 4-6 40-60

Int tenue 80-100 130-140 4-6 40-60

Colon 30-50 80-140 25-45 80-100

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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%

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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%

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Cause di iperventilazione

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SepsiAnemia graveIpossiaIntossicazione da salicilatiPneumopatieInsufficienza epaticaCompenso 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.

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Normale(7.36 – 7.44)

PaCO2 36-44

HCO3 22-26

PaCO2 < 36

HCO3 < 22

PaCO2 > 44

HCO3 > 26

< 7.36

PaCO2

< 40> 40

> 7.44

PaCO2

< 40 > 40

Acid MetabolicaRiduz PaCO2 = 1.2 HCO3oppure ultime due cifre pH

Eq. A-bNormale*

ac met + alc resp

ac resp + alc met

Acidosi RespiratoriaAc: aum HCO3= 0.1 PaCO2Cr: aum HCO3= 0.4 PaCO2

Alcalosi RespiratoriaAc: riduz HCO3 = 0.25 PaCO2Cr: riduz HCO3 = 0.5 PaCO2

Alc MetabolicaAum PaCO2= 0.7 x HCO3o le due cifre decimali del pH

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Riepilogo alcalosi e acidosi