Vnitřní prostředí a acidobazická rovnováha

František Duška3. LF UK

II. interna:II. interna:

Vnitřní prostředí

• znamená složení tekutiny, omývající buňky• je vitální funkcí a mělo by lékaře zajímat

stejně jako tepová frekvence či krevní tlak• sestává z:

– izoosmolarity

– izoionie

– izohydrie

Koncentrace H+

• pH = -log [H+]• Normální hodnoty

– pH = 7.40

– [H+] = 40 nmol/L

• Pro srovnání s ostatními ionty:– [Na+] = 140 mmol/L

– [HCO3-] = 25 mmol/L

Metabolismus a protony

• Protonproduktivní reakce:– Glukóza 2 CH3CHOH COO- +H+

– MK ketolátky + n H+

– CO2 + NH4+ urea + 2H+

• Protonkonsumpční reakce: glukoneogeneze• Protonneutrální reakce

Produkce kyselin v metabolismu

• Těkavé: 15,000 mmol/den kyseliny uhličité, vyloučena plícemi jako CO2

• Netěkavé kyseliny (1 mmol/kg/den) jsou vyloučeny ledvinami či zmetabolizovány. Vznikají:– oxidací sulfhydrylových skupin až na H2SO4

– hydrolýzou fosfoproteinů, PL, NK na H3PO4

– neúplnou oxidací TG, sacharidů i bílkovin na organické kyseliny (laktát, ketolátky)

Produkce ATP je spřažena s produkcí H+

Lidské tělo je z evoluce vybaveno zvládat kyselou nálož

Role pufrů v udržvání pH

• Roztoky látek, schopné uvolňovat či pohlcovat H+, takže změny pH jsou minimální

• Fyziologické pufry:– bikarbonát/kys. uhličitá– hemoglobin– fosfáty, sulfáty– proteiny krevní plazmy

Role pufrů v udržování pH

Přidání HCl v množství 5 mmol/l• Nepufrovaný systém:

pH = 7.0 pH = 2.3[H+]=0.005 M

Role pufrů v udržování pH

Přidání HCl v množství 5 mmol/l• Pufrovaný systém ( HB H+ + B- ;

pKa=7.0)

pH = 7.0

[HB] = 25 mM[B-] = 25 mM

[HB] = 30 mM[B-] = 20 mM

pH = 6.82

Henderson-Hasselbalchova rovnice

• pH pufru závisí na logaritmu poměru zásady ke kyselině

• za daného pH je pro každý pufr charakteristický daný poměr těchto složek

• pH = pKa + log [HA][HA]

[A[A--]]

Princip isohydrie

• Poměr kyseliny a zásady v každém pufru závisí pouze na pH a pKa pufračního páru

• Všechny tělesné pufry jsou v rovnováze• Změna koncentrace kteréhokoli člena

kteréhokoli pufračního páru se odrazí na pH a tím i na všech tělesných pufrech

Titrační křivky A-B párů

128642 10

pH

NH4+

pKa=9.4

H2PO4-

pKa=6.8

NH3HPO4=HCO3

-

H2CO3

pKa=6.1

Lactic Acid

Lactate

pKa=3.9

Hemoglobin jako pufr

• Ve tkáni Hb uvolní O2 a naváže H+

• H+ vznikl takto:

CO2+H2O HCO3-+H+

• Bikarbonát se transportuje z ery výměnou za Cl-

• V plících Hb váže O2 a uvolní H+

• H+ reaguje s HCO3-:

HCO3-+H+ CO2+H2O

• CO2 se vydýchá, bikarbonát se doplní z plazmy výměnou za Cl-

Hemoglobin jako pufr

• V pracující tkáni pohlcuje protony a pomáhá zvládat kyselou nálož i produkcí HCO3

-

• V plících naopak protony uvolňuje a ty spolu s HCO3

- přispívají k produkci CO2

• Výměna HCO3- za Cl- v membráně erytrocytu se

nazývá Hamburgerův efekt

• H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

• Ka =

• pH = p Ka + log

• pH = 6.1 + log

CA

[CO[CO22]]

[H[H++][HCO][HCO33-- ] ]

[CO[CO22]]

[HCO[HCO33-- ] ]

0.03 x pCO0.03 x pCO22

[HCO[HCO33-- ] ]

Bikarbonátový pufr

Bikarbonátový pufr

• Otevřený pufrační systém– pCO2 je regulován úrovní ventilace

– [HCO3-] regulován ledvinami

• Účinnost pufru je mnohem větší, než by se dalo předpokládat z pKa = 6

Bikarbonátový pufr

Přidání 5 mmol HCl k 1l roztoku bikarb. pufru• Uzavřený systém

pH = 7.40

pCO2=40

[HCO3-]=24

[H2CO3]=1.2

pH = 6.59

pCO2=207

[HCO3-]=19

[H2CO3]=6.2

Bikarbonátový pufr

Přidání 5 mmol HCl k 1l roztoku bikarb. pufru• Otevřený systém

pH = 7.40

pCO2=40

[HCO3-]=24

[H2CO3]=1.2

pH = 7.34

pCO2=36.5

[HCO3-]=19

[H2CO3]=1.1

Bikarbonátový pufr

• Je nejdůležitějším extracelulárním purfem• Je nejdůležitější pro regulaci ABR, protože

tělo umí aktivně měnit koncentraci [HCO3-] i

pCO2

• Pomocí stavu bikarbonátového pufru klinicky posuzujeme stav acidobáze u pacienta (měření pH, [HCO3

-] a pCO2)

Ostatní pufry

• V ECT vedle bikarbonátu a Hb:– fosfáty, sulfáty, organické kyseliny

– proteiny kr. plazmy

• ICT: pH se velmi liší podle kompartmentu– proteiny a fosfát mají velký význam

Úloha plic v udžování ABR

• vylučují denně cca 15 molů CO2

• vzhledem k dobré rozpustnosti CO2 je jeho koncentrace v alveolech stejná, jako v arteriální krvi

• pCO2 tedy závisí na úrovni minutové ventilace (počet dechů x dechový objem)

• Zvýšení pCO2 vede ke snížení pH, pokles pCO2 znamená zvýšení pH

Úloha ledvin v udržování ABR

• Ovlivňují plazmatickou koncentraci [HCO3-], tím,

že:– zpětně reabsorbují bikarbonát v prox. tubulu

– vylučují protony v distálním tubulu

• Vyšší [HCO3-] v plazmě zvyšuje pH, zatímco

nižší [HCO3-] pH snižuje

• …viz příští přednášku o biochemických funkcích ledvin

Souhrn

• pH extracelulární tekutiny je udržováno pufračními systémy na hodnotách 7,35-7,45

• pH je určeno vzájemným poměrem pCO2 a

[HCO3-] podle H.-H. rovnice

• pCO2 ovlivňují plíce a [HCO3-] ledviny

Vyšetření stavu ABR

• tzv. ASTRUP (vyš. dle Astrupa)• vyšetřujeme:

– pH

– pCO2

– pO2

– [HCO3-]

• nutný odběr aretriální (nebo kapilární) krve

II. interna:II. interna:

Základní poruchy ABR

• Acidoza– proces, vedoucí k poklesu pH krve

• Alkaloza– proces, vedoucí ke vzestupu pH krve

• Respirační poruchy = způsobené změnou pCO2

• Metabolické poruchy = zp. změnou [HCO3-]

Základní poruchy ABR

• Respirační acidóza = pokles pH krve, způsobený vzestupem pCO2

• Respirační aklaloza = vzestup pH krve, způsobený poklesem pCO2

• Metabolická acidoza = pokles pH krve, způsobený snížením [HCO3

-]

• Metabolická alkaloza = vzestup pH krve, způsobený vzestupem [HCO3

-]

Kompenzace poruch

• Respirační kompenzace metabolických poruch:– plíce změní pCO2 tak, aby se vyrovnal poměr k

[HCO3-] a pH se opět přiblížilo normě

– trvá sekundy až minuty• Metabolická kompenzace respiračních poruch:

– ledviny zadrží/vyloučí [HCO3-], tak aby vyrovnaly

poměr k pCO2 a pH se opět přiblížilo normě– trvá hodiny až dny

Primary process Compensation

metabolic acidosis [HCO3] pCO2

metabolic alkalosis [HCO3] pCO2

respiratory acidosis pCO2 [HCO3]

respiratory alkalosis pCO2 [HCO3]

Poruchy ABR - přehled

36%

15%

6%

42%

1%

Na+ H+

H+, Cl- co-uptake

57%Pufry ICT

43%Pufry ECT

Pr- + H+ HPr

HCO3- + H+

H2CO3

H20 + CO2

K+ H+

Pufrování kyselé nálože

Ionty ECT

• Iontové složení ECT úzce souvisí s parametry ABR

• Změny ABR nejvíce odráží kalemie

• Anion gap … dále

Anion Gap• AG = [Na+ + K+] - [Cl- + HCO3

-]

• Norma: 14 ± 2 mmol/L• Hlavní „neměřitelné“ anionty, zahrnuté v AG:

– albumin

– fosfáty

– sulfáty

– organické anionty

• Slouží k posouzení příčin metabolické acidozy

Anion Gap

Na+

Cl-

HCO3-

AG

Na+

Cl-

HCO3-

AG

Na+

Cl-

HCO3-

AG

NORMALNORMAL HyperchloremicHyperchloremic High Anion GapHigh Anion GapMETABOLIC ACIDOSISMETABOLIC ACIDOSIS