L'EQUILIBRIO ACIDO-BASE La concentrazione nell'organismo degli

Eq. acido-base PROF. ALESSANDRO MALFATTICorso di Fisiologia Speciale

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L'EQUILIBRIO ACIDO-BASE

➔La concentrazione nell'organismo degli ioni H+ è finemente regolata perché quasi tutte le attività enzimatiche sono influenzate sostanzialmente dalle variazioni di pH. Quindi l'attività cellulare – e di conseguenza dell'intero organismo – può subire modificazioni

➔Questo anche se gli ioni H+ sono scarsi (circa 3,5 milioni di volte meno degli ioni Na+: 40 nEq/L vs 142 mEq/L) e se la variabilità della loro concentrazione è un milionesimo di quella del sodio

➔Il pH normale del sangue (arterioso) è circa 7,4 (ossia 40 nEq/L di H+),

✔ (quello venoso 7,35, quello cellulare tra 6,0 e 7,4) ➔La normale variabilità del pH ematico arterioso è tra 7,3 e 7,5

(50-32 nEq/L di H+) ➔I limiti del pH ematico (arterioso) per la sopravvivenza sono

indicativamente tra 6,8 e 8,0 (10 e 160 nEq/L)


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➔ACIDO: molecola che in soluzione rilascia ioni idrogeno (H+)✔ [HCl: H+ e Cl-] - [H2CO3: H+ e HCO3

-]➔ALCALE: molecola che in soluzione rilascia ioni ossidrile (OH-)

✔ [NH3 (+H2O): NH4+ e OH-] - [NaOH: Na+ e OH-]➔BASE: una molecola (o uno ione) capace di accettare ioni H+

✔ [HCO3-] - [OH-]

➢perciò “base” è un concetto più largo di “alcale” ➔ACIDOSI: eccesso apporto o scarsa eliminazione di idrogenioni

✔ L'organismo animale tende costantemente all'acidosi: il metabolismo produce CO2 (quindi HCO3

-), oltre ad acidi organici vari (lattico)

➔ALCALOSI: eccesso di eliminazione di idrogenioni ✔ L'alcalosi si verifica come risultato di processi patologici


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L'EQUAZIONE DI HENDERSON-HASSELBALCH

HA ↔ H+ + A- ➔Esprime il rapporto esistente in un ambiente acquoso (biologico)

tra una sostanza e le sue componenti dissociate, che si risolve in una costante (k) di dissociazione

✔ Se si aggiunge un acido più forte di HA da esso si liberano ioni H+ che spingono l'equilibrio a sinistra (si forma più HA)

✔ Se si aggiunge una base gli OH- reagiscono con gli ioni H+ e l'equilibrio si sposta verso destra (si dissociano più HA)

➔In relazione al pH il valore della k (pK) esprime il valore a cui nella soluzione le concentrazioni dei due prodotti dissociati costituiscono ognuna il 50% del dissociato

➔Quanto più il pK di una sostanza è vicino al pH che deve essere regolato tanto più questa è efficiente come tampone


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I SISTEMI TAMPONE NELL'ORGANISMO

➔BICARBONATO-ACIDO CARBONICO - pK = 6,1 ✔ HCO3

- + H+ ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O

➔FOSFATI - pK = 6,8

✔ H2PO4- ↔ HPO4

-- + H+

➔EMOGLOBINA

✔ HHb ↔ Hb- + H+ - la parte reattiva dell'Hb sono i gruppi imidazolici dei residui di istidina, che sono ben 38 per ogni molecola di Hb

➔PROTEINE alle due estremità:

✔ R-COOH ↔ R-COO- + H+

✔ R-NH3+ ↔ R-NH2- + H+


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DOVE AGISCONO I SISTEMI TAMPONE


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IL SISTEMA DEL BICARBONATO

BICARBONATO-ACIDO CARBONICO - pK = 6,1 HCO3

- + H+ ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O

➔Benché il pK di questo sistema sia 6,1 (lontano dal pH ematico di 7,4) è il sistema tampone più efficiente per il sangue e per tutti i compartimenti extracellulari perché:

✔ La pCO2 è rapidamente controllata dall'attività respiratoria ✔ La [HCO3

-] è controllata (più lentamente) dall'attività renale

✔ La reazione H2CO3 ↔ CO2 + H2O può essere catalizzata dall'anidrasi carbonica che è presente:

➢Negli eritrociti → tamponamento ematico diretto ➢Nei tubuli renali → tamponamento metabolco ➢Nella mucosa gastrica → tamponamento HCl


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- + H+ ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O ➔Se si aggiungono ioni H+ al sangue (es. ac. Lattico, più forte

dell'ac. Carbonico)

➔ Il RENE inizia a espellere ioni H+ scambiandoli con Na+ riportando l'andamento della reazione verso sinistra e mantenendo il rapporto HCO3

- / H2CO3


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- + H+ ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O ➔Nel sangue il rapporto HCO3

- / H2CO3 è di circa 20✔ 24 mmoli/L di HCO3

- per 1,2 mmoli/L di H2CO3

✔ Se si considera il logaritmo di questo rapporto:

➢pH= pK (6,1) + log (24/1.2) = 6,1 + 1,3 = 7,4 ➔L'attività respiratoria elimina CO2 e mantiene il rapporto ematico

HCO3- / H2CO3

➔Inoltre il RENE inizia a espellere ioni H+ scambiandoli con Na+ riportando l'andamento della reazione verso sinistra:

✔ Riassorbimento dei bicarbonati (passivo)

✔ Sintesi di bicarbonati (a partire dallo scambio con H+ escreti)


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RIASSORBIMENTO DEI BICARBONATI➔Avviene per l'80-90% nel TCP, completato nel DC

✔ Sono attive due anidrasi carboniche ➢Sull'orletto a spazzola ➢Nella cellula tubulare


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AUMENTO DEI BICARBONATI➔Nel TCD➔ Completato il “riassorbimento” di HCO3

- il rene recupera altre molecole di acido carbonico dalla CO2 e H2O scambiando sempre ioni Na+ con H+ (escrezione di acido) e aggiungendo questi ultimi ad altri sistemi tampone:

✔ FOSFATO – è il principale, favorito dal fatto che il pK dei fosfati è 6,8 (vicino al pH urinario) ma è limitato dal fatto che il suo utilizzo determina acidificazione dell'urina, che a sua volta porta a aumento dell'escrezione urinaria di Ca++

✔ AMMONIACA – viene utilizzata l'ammoniaca da deaminazione di GLUTAMINA, lisina, alanina. La glutamina viene appositamente sintetizzata a livello epatico per questo uso. Il sistema legato agli AA permette la secrezione di H+ senza perdita di basi


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AUMENTO DEI BICARBONATI➔Sistema dei FOSFATI

pH 7,4

pH 6,0


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AUMENTO DEI BICARBONATI➔Sistema dell'AMMONIACA


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ACIDOSI RESPIRATORIA E METABOLICA

➔ACIDOSI METABOLICA ✔ Formazione o ingestione in eccesso di acidi organici o inorganici

➢Ruminanti: poca fibra, eccesso di concentrati, improvvisi cambiamenti della dieta (ac. Lattico)

➢Cavallo da corsa, cane da caccia (... ma tutti): sforzo muscolare intenso, prolungato, in non allenati (ac. Lattico)

➢Cane, gatto: ingestione di glicole etilenico (ac. Ossalico, ac. Glicolico) che ha gusto gradevole

➢Selvatici o bradi: miopatia da cattura (ac. Lattico e altro)➢Tutti: diabete mellito o chetosi (ac. Acetico, ac.

β � idrossibutirrico) ✔ Perdita di basi – diarrea grave, soprattutto nei giovani ✔ Ritenzione di acidi - nelle nefriti croniche


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➔ACIDOSI METABOLICA ✔


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➔ALCALOSI METABOLICA ✔ Aumento di basi o perdita di acidi forti

➢Vomito persistente – per perdita di HCl ➢Carenza o deplezione di K+ - per secrezione di H+

✔

➔Il RENE diminuisce l'escrezione degli H+ e aumenta quella dei bicarbonati sino a compensazione


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➔ACIDOSI RESPIRATORIA ✔ L'eliminazione polmonare di CO2 diviene inferiore alla produzione

di CO2 nell'organismo ➢Difetti della cassa toracica o della muscolatura respiratoria ➢Depressione dei centri respiratori ➢Ostacoli all'afflusso respiratorio o allo scambio gassoso (infiammazioni, ostruzioni, problemi circolatori)

✔ Per il tamponamento degli H+ viene utilizzata l'Hb al posto della CO2:

➢H2CO3 + Hb- ↔ HHb + HCO3-

✔ Il RENE aumenta la secrezione di H+ e il recupero di HCO3- che

può durare anche vari giorni, ma avrà effetto solo se la funzione polmonare viene ristabilita


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➔ALCALOSI RESPIRATORIA ✔ L'eliminazione polmonare di CO2 supera la sua produzione

metabolica (iperventilazione alveolare) ➢Sovrastimolazione dei centri respiratori

✗ Diretta: avvelenamento da ammoniaca ✗ Indiretta: ipossiemia

➢HHb + HCO3- ↔ H2CO3 + Hb- → CO2 + H2O

✔ Il RENE dopo poche ore reagisce deprimendo la secrezione di H+ e incrementando il tasso di eliminazione di HCO3

-. Questa reazione raggiunge la capacità massimale dopo alcuni giorni, ma il recupero è condizionato dalla rimozione della causa dell'iperventilazione


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ACIDOSI RESPIRATORIA ALCALOSI REPIRATORIA

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