13 tamponi sangue e equilibri acido base

L’EQUILIBRIO ACIDO-BASE
NEL SANGUE
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I tamponi fisiologici del pH
1 - Il sistema acido carbonico-bicarbonato:
H2CO3
H+ + HCO3–
pKa = 6.1
[HCO3–]
[H2CO3]
pH = 6.1 + log
2 - Il sistema fosfato:
H2PO4–
H+ + HPO4– –
pKa = 6.8
[HPO4– – ]
[H2PO4–]
pH = 6.8 + log
3 - Il sistema proteina-proteinati:
HPr
pK1 = 2
pK2 = 6.8
pK3 = 10
H+ + Pr–
pKa = 7.4
gruppi imidazolici
dell’istidina
 maggior efficacia tampone perché il pKa è il più vicino al pH fisiologico
 alto contenuto di proteine plasmatiche (albumina) e Hb
 capacità tampone del sangue totale: 48 mmoli/l
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 I sistemi tampone bicarbonato e monofosfato sono meno efficaci (a causa del loro pKa
< 7.4) ma più adatti a controllare il pH plasmatico perché regolati dal sistema
respiratorio (bicarbonati) e renale (bicarbonati e fosfati).
 La loro quantità è praticamente illimitata dato che sono regolati attivamente dal nostro
organismo
Il sistema dei bicarbonati
In soluzione:
H2CO3
H+ + HCO3–
L’equazione di massa fornisce le condizioni di equilibrio dei tre componenti:
[H+] [HCO3–]
[H2CO3]
pH = pK1 + log
Sostituendo:
e
[HCO3–]
[H2CO3]
(1)
[HCO3–]
[CO2]
(2)
[H2CO3]  [CO2]
pK1 = 6.1
pH = 6.1 + log
quando
= K1
[HCO3–] = 20 [CO2],
la (2): diventa
pH = 6.1 + log 20
= 6.1 + 1.3 = 7.4
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Ruolo centrale del sistema
tampone bicarbonato
• E’ il tampone quantitativamente più importante
nell’extracellulare
• E’ in equilibrio con i sistemi tampone intracellulari
• Le due componenti del sistema (bicarbonato/acido
carbonico) sono controllate separatamente dal rene
(componente metabolica) e dal polmone (componente
respiratoria)
 La valutazione delle due componenti del sistema del
bicarbonato consente di valutare l’equilibrio acido-base
dell’organismo, attraverso l’equazione di Henderson-Hasselbalch
Il sistema tampone bicarbonato/acido carbonico
H2CO3
HCO3- + H+
CO2 + H2O
H2CO3
HCO3- + H+
CO2 + H2O
polmone
H2CO3
HCO3- + H+
rene
Tamponi cellulari
CO2 + H2O
polmone
H2CO3
HCO3- + H+
rene
Tamponi cellulari
CO2 + H2O
polmone
H2CO3
HCO3- + H+
rene
Lo studio dell’equilibrio di dissociazione del sistema
tampone bicarbonato/acido carbonico fornisce
indicazioni sull’equilibrio acido-base dell’organismo
in toto e sui meccanismo di compenso renali
(metabolici) e polmonari (respiratori)
Tamponi cellulari
CO2 + H2O
H2CO3
polmone
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- + H+
rene
HCO3-
pH = 6.1 + log
0.0301 PaCO2
HCO3pH = 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
Nell’organismo esistono numerosi sistemi e ciascuno di essi ha
un equilibrio espresso dalla sua equazione di HH
Però, poiché tutti sono anche in equilibrio tra di loro, sarà
sufficiente studiarne uno solo per conoscere l’equilibrio acidobase di un soggetto
Il sistema tampone che viene utilizzato in clinica è quello
bicarbonato/acido carbonico, cioè bicarbonato/CO2
Viene utilizzato in quanto le due componenti sono facilmente
misurabili e in quanto direttamente influenzata dai due sistemi
coinvolti nella regolazione dell’equilibrio acido-base: emuntorio
renale e sistema respiratorio
RENE
Il tampone H2CO3/HCO3- e l’acidosi metabolica
• Il sistema tampone H2CO3/HCO3– è un ottimo sistema per equilibrare il pH solo se
riesce a scambiare CO2 con l’ambiente esterno
in condizioni normali
HCO3–
CO2
20
=1
aumentata acidità
2H+
• la sola aumentata velocità di scambio della CO2 tra capillare e alveolo è sufficiente in
un sistema aperto per compensare parzialmente l’aumento di H+ (acidosi) o di OH–
(alcalosi)
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Acidosi e alcalosi plasmatica
–
HCO3
 il pH del sangue dipende dal rapporto
CO2
non dai valori assoluti di [HCO3–] e [CO2]
 basta variare il rapporto per riequilibrare il pH plasmatico
 il contenuto di CO2 plasmatica può essere regolato velocemente attraverso la respirazione (ventilazione)
 la regolazione renale dei bicarbonati è lenta ma efficace e riporta l’[HCO3–] al suo valore assoluto di equilibrio (24
mM/litro)
l’acidosi si verifica quando: [H+]
 il riequilibrio avviene attraverso:
1 – chemotrasduzione (glomi carotidei e aortici,
chemorecettori centrali)
2 – stimolazione dei centri nervosi del respiro
3 – iperventilazione
4 – riduzione della CO2
l’alcalosi si verifica quando: [H+]
pH
pH
[CO2]
[CO2]
 il riequilibrio avviene attraverso gli stessi meccanismi che controllano l’acidosi
[HCO3–]
[HCO3–]
Acidosi e alcalosi metabolica
cause dell’acidosi
cause dell’alcalosi
 fatica muscolare (acido lattico)
 diabete mellito (acidi dal metabolismo dei lipidi)
 insufficienza renale (accumulo di H+ nel plasma)
 diuretici inibitori dell’anidrasi carbonica (minor riassorbimento di HCO3–, [HCO3-]
plasmatica)
 vomito (perdita di HCl)
 aldosterone (aumentata secrezione renale di H+)
 assunzione di sali alcalini (NaHCO3)
sono compensate per via respiratoria (chemocettori centrali)
 i valori di pH si riequilibrano perché viene riaggiustato il rapporto HCO3–/CO2 ma non i loro valori assoluti (bassi
nell’acidosi e alti nell’alcalosi)
 il completo riequilibrio del pH e dei valori assoluti avviene attraverso la funzione renale
Acidosi e alcalosi respiratoria
 causate da una ridotta o aumentata ventilazione alveolare
 sono entrambe compensate dal riequilibrio acido-base a livello renale coinvolgendo tamponi
non bicarbonato (fosfati, proteine plasmatiche)
pH
Normale
< 7.36
(7.36 – 7.44)
> 7.44
PaCO2
PaCO2 36-44
PaCO2 > 44
HCO3 22-26
HCO3 > 26
< 40 > 40
< 40
PaCO2 < 36
HCO3 < 22
ac met +
alc resp
*alc metab+
ac metab
> 40
Alcalosi Respiratoria
Ac: riduz HCO3 = 0.25 PaCO2
Eq. A-b
Normale*
PaCO2
ac resp +
alc met
Acidosi Respiratoria
Ac: aum HCO3= 0.1 PaCO2
Acid Metabolica
Riduz PaCO2 = 1.2 HCO3
Alc Metabolica
Aum PaCO2= 0.7 x HCO3