Echilibrul Acido-Bazic

Definiție

Echilibrul Acido-Bazic (EAB)- raportul dintre anumiți compuși chimici cu proprietăți acide sau bazice ai fluidelor din compartimentele celular și extracelular. EAB asigură menținerea unei concentrații constante de ioni de hidrogen (H+) în fluidele organismului.

Noțiuni de fiziologie

pH-ul (- log [H+ ]) reprezintă gradul de aciditate sau de alcalinitate a unei soluţii. Această cifră este cuprinsă între 0 şi 14.  De la 0 la 7, vorbim de aciditate; cifra 7 corespunde neutralităţii. De la 7 la 14, vorbim de alcalinitate. Deoarece cantitatea de (H+) este foarte mică în sînge, unitate de masură a concentrației de (H+) este pH, care este exprimat prin log negativ al concentrației de (H+) din soluție: pH= - log(H+).

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

• Acizii volatili sau „slabi” sunt: acidul oxalic, piruvic, acetilacetic etc. care se transformă în acid carbonic în cadrul metabolismului. Acesta este eliminat la nivelul plămânilor sub formă de dioxid de carbon.
• Acizii nevolatili sau „tari” sunt acidul uric, sulfuric, fosforic care sunt eliminaţi la nivelul rinichilor.

pH sanguin are o variaţie foarte restrânsă – 7,35-7,45 şi rezultă din faptul că majoritatea enzimelor au un pH optim de acţiune la care activitatea lor este maximă; deasupra sau sub acest pH, activitatea lor scade. Limita superioară  compatibilă cu viața este 7,8, iar cea inferioară 6,8.

Curba pH-activitate are o forma de clopot pentru majoritatea enzimelor. De aceea, menţinerea în limite normale a concentraţiilor ionilor de hidrogen din sânge şi celelalte lichide ale organismului este indispensabilă pentru buna funcţionare a organismului.

pH-ul sanguin se poate calcula pe baza relaţiei Henderson-Hasellbach.

Ecuația Henderson-Hasselbach(HH) formulează relația dintre diferitele elemente ale sistemului tampon bicarbonat/ acid carbonic:

Pentru practica medicală, ecuația HH poate fi simplificată :

               ( H+)=24x P(CO2)/(HCO3-).

Dacă se cunosc două din trei variabile poate fi calculată a treia ceea ce permite evaluarea tulburărilor acido-bazice

Mecanismele menținerii EAB

Reglarea și menținerea EAB se realizează prin mecanisme fizico-chimice ce apelează la sistemele de tampon sanguine și mecanisme biologice specifice anumitor organe ( plămînul, rinichi, ficatul, pielea etc.).

Sistemele Tampon

Sistemul tampon este format dintr-un acid slab şi sarea sa cu o bază puternică sau dintr-o bază slabă şi sarea sa cu un acid tare. Capabile să amortizeze sau să reducă variaţiile de pH ale unei soluţii căreia îi adăugăm un acid sau o bază tare (capabile să cedeze sau să accepte protoni). Sistemele tampon reprezintă prima linie de apărare contra agresiunii acide.

Principalele sisteme tampon din organism sunt:

1. sistemul tampon acid carbonic-bicarbonat,
2. sistemul tampon al fosfaţilor,
3. sistemul tampon al proteinelor,
4. sistemul tampon al hemoglobinei

Tamponul bicarbonat/acid carbonic

Tamponul bicarbonat/acid carbonic este principalul tampon extracelular. Este compus din acid carbonic(H2CO3) și bicarbonat de sodiu (NaHCO3). El aparține unui sistem deschis în legatura cu plamîn care elimină (CO2) și rinichiul care regenerează și reabsoarbe(HCO3-).

Acidul carbonic este considerat factorul respirator al sistemului tampon, iar bicarbonatul factorul metabolic al sistemului tampon bicarbonat/acid carbonic (HCO3 - / H2CO3). Acidul carbonic se formează în urma reacţiei reversibile care este  catalizată de anhidraza carbonică.

Majoritatea acizilor formaţi în organism sunt mai tari decât acidul carbonic şi ei sunt neutralizaţi de componenta bazică a sistemului şi are loc următoarea reacţie:

                  HCl + NaHCO3 →NaCl + H2CO3

Anhidraza carbonică scindează acidul carbonic în apă şi bioxid de carbon care se elimină prin plămâni. La formarea unei baze tari ea va fi neutralizată de componenta acidă a acestui sistem:

                  NaOH + H2CO3 → NaHCO3+ H2O

Sistemul de tampon al fosfaților

Acest sistem comparativ cu plasma este mai activ intracelular (în hematii și celule tubilor renali), deoarece pH-ul este mai acid și mai aproape de pH-ul sistemului fosfat(pH- 6,8). Are o componenta bazică (Na2HPO4) și una acidă( NaH2PO4) ce se află în spațiul extracelular și respectiv (KH2PO4) și (K2HPO4) ce se află în spațiul intracelular. Reacţiile de neutralizare a substanţelor acide şi alcaline sunt următoarele:

                   HCl + Na2HPO4 → NaCl + NaH2PO4

                   NaOH +  NaH2PO4 → Na2HPO4 + H2O

Sistemul tampon al proteinelor

Sistemul tampon al proteinelor este format din proteine, care într-un mediu slab alcalin se comportă ca anioni, care combinându-se cu H+ formează componenta acidă a acestui sistem tampon şi ca urmare  neutralizează bazele:

                   NaOH +  H-proteină → H2O+ Na-proteină

Anionii proteici, interacţionând cu Na+ formează componeneta bazică şi neutralizează acizii după următoarea formulă:

                   HCl + Na-proteină →NaCl + H-proteină

Sistemul de tampon al hemoglobinei

Hemoglobina intră în componenţa a două sisteme tampon:

• hemoglobină acidă (HHb) - hemoglobinat de potasiu (KHb)
• oxihemoglobină (HbO2, acidă)- oxihemoglobinat de potasiu (KHbO2).

 Reacţiile de neutralizare a substanţelor acide şi alcaline de către sistemul tampon hemoglobină sunt următoarele:

                      KOH + HHb→KHb + H2O

                      HCl +  KHb→ HHb + KCl

Deci, la adăugarea acizilor sau bazelor în soluţia tampon hemoglobină are loc neutralizarea lor fără modificarea pH-ului.

Rolul aparatului respirator în menţinerea EAB

Funcţia respiratorie are o importanţă deosebită în menţinerea echilibrului acido-bazic al organismului. Reglarea respiratorie a echilibrului acido-bazic este mai lentă comparativ cu sistemele tampon care  reacţionează imediat la modificările concentraţiei ionilor de hidrogen, însă capacitatea de tamponare a sistemului respirator este de 2 ori mai mare comparativ cu potenţialul de tamponare al tuturor sistemelor tampon. Reglarea respiraţiei se realizează prin valoarea presiunii parţiale a (CO2) şi concentraţiei (H+) din sângele arterial, prin intermediul chemoreceptorilor periferici din sinusul carotidian şi ai celor centrali din sistemul nervos. Creşterea concentraţiei sangiune a (H+) va creşte prin sistemele tampon producţia da acid carbonic care disociază în apă şi bioxid de carbon, care la rândul său va determina creşterea frecvenţei şi amplitudinii respiratorii şi eliminarea excesului de (CO2). Ca urmare, scade concentraţia (CO2) şi a acidului carbonic, iar pH sanguin creşte. În condiţiile creşterii pH sanguin (alcaloză), concentraţia bicarbonatului creşte, centrul respirator va fi excitat într-o măsură mai mică, frecvenţa şi amplitudinea respiratorie scade, bioxidul de carbon se acumulează în organism cu formarea acidului carbonic, iar pH sanguin se micşorează.

Reglarea renală a EAB

Rinichii intervin în EAB mai lent și mai tardiv dar definitiv. Rinichiul intervine în controlul concentrației extracelulare a (H+) prin excreția unei urini acide sau bazice. Pentru a menține EAB, rinichiul trebuie să excrete acizi într-un ritm egal cu rata lor de producție. În anumite cazuri poate fi supus încărcături alcaline pe care trebuie să o excrete(vărsături).

Capacitatea rinichiuli de a interveni în homeostaza AB se datorează faptului că sintetizează substanțe tampon,iar tubii renali au mecanisme de transport pentru( H+) și (HCO3-).  Rata de secreție a (H+ ) și (HCO3- )și de sinteză a substanțelor tampon dsunt dependente de reglarea EAB la nivelul întregului organism.

Există mai multe mecanisme de reglare a EAB la nivelul rinichilor:

1. Secreția tubulară a( H+)
2. Reabsorbția aproape totală și sinteza de (HCO3-)
3. Acidifierea sărurilor fosfatice din sistemul tampon fosfat disodic- fosfat monosodic
4. Excreția de amoniac

Secreția tubulară a( H+)

Toate celulele epiteliului tubular, cu excepția celor din segmentul subțire al ansei Henle, secretă protoni în lumenul tubular. Secreția ( H+) se realizează prin două modalități diferite în diferitele segmente tubulare:

1. Transportul activ secundar al protonilor în segmentele tubulare inițiale.
2. Transportul activ primar al protonilor în segmentele tubulare terminale.

Filtrarea glomerulară a (HCO3-)

Se face într-o cantitate egală cu produsul dintre (HCO3- ) plasmatic și RFG. RFG nu contribuie la excreția de acizi, dar contribuie la secreția de substanțe alcaline În alcaloza metabolicăcrește cantitatea de bicarbonat filtrat, ceea ce reprezintă un mecanism de corecție a alcalozei. Reabsorbția bicarbonatului este limitată și constantă, egală cu 28 mmol/l de filtrat glomerular, excesul fiind excretat în urină.

Bicarbonatul (HCO3-) este filtrat liber prin glomerul. Aproape toată cantitatea de bicarbonat filtrată este reabsorbită, excreția urinară fiind neglijabilă( sub 3 mEq).

• Bicarbonații filtrați sunt reabsorbiți în proporție de 80-85% în tubul proximal
• La nivelul ansei Henle 10%
• La nivelul tubului distal și colector 6%

 În celulele tubulare se generează (H2CO3) prin reacţia dintre (CO2) şi(H2O) sub acţiunea anhidrazei carboniceIonii de( H+) rezultaţi din disocierea ( H2CO3) sunt secretaţi în lumenul tubular unde substituie ionii de (Na+)din bicarbonatul de sodiu (NaHCO3).( Na+) rezultat trece în celulele tubulare unde se combină cu (HCO3 - )rezultat din disocierea acidului carbonic, refăcând (NaHCO3) care este eliberat în sânge (H2CO3) rezultat se descompune în (CO2) şi (H2O) care este eliminat renal iar (CO2) retrodifuzează în celula tubulară.

Mecanismul de acidifiere urinară (de excreţie a acidităţii titrabile)

Are loc în tubul contort proximal. Pentru fiecare moleculă de fosfat disodic (Na2HPO4) transformat în monosodic (NaH2PO4), un ion de (H+) este  excretat. Ionii de (H+) secretaţi în lumenul tubular substituie ionii de (Na+) din fosfatul disodic (Na2HPO4) care predomină în sânge rezultând fosfat monosodic (NaH2PO4), care se elimină în urină determinând aciditatea titrabilă a urinei. Ionii de (Na+) rezultaţi trec în celula tubulară unde se combină cu (HCO3 -) rezultat din disocierea (H2CO3) şi se generează bicarbonat care se eliberează în sânge.

Mecanismul de amoniogeneză urinară

Amoniacul(NH3) rezultă din scindarea glutaminei în tubul proximal.(NH3)produs în tubii proximali este transportat în lumen prin două mecanisme: difuziune prin membrana apicală; NH4+ poate fi transportat prin antitransportul(Na+/NH4+).

Ionii de(H+)secretaţi activ se combină în lumenul tubular cu(NH3)excretat din celula tubulară şi rezultă ioni de amoniu (NH4 + ) care înlocuiesc ionii de Na+ din sărurile acizilor nevolatili şi se combină cu anionii acestora rezultând săruri amoniacale care nu mai pot retrodifuza.

Rolul ductului colector

Este implicat în procesele de acidifiere renală. Ductul  colector cortical poate secreta fie(H+) fie(HCO3-), în funcție de status-ul AB. Aceste funcții  sunt mediate de două tipuri de celule intercalate: tipul A( celule secretorii de acizi) și tipul B ( secretorii de baze), ambele foarte bogate în AC. Ductul colector medular are numai mecanisme de secreție  a (H+). Celulele A au în membrana apicală o pompă de(H+)care este responsabilă de transportul(H+). Conțin și o pompăț  (H+/K+) care devină activă numai în deficiențele cronice de(K+) secretînd(H+)și absorbînd(K+). Bazele generate intracelular ies prin membrana bazolaterală, prin schimb(Cl-/HCO3-).

Celulele B sunt imaginea în oglindă a celulelor A. Au o pompă de(H+)în membrana bazolaterală care mediază ieșirea activă a(H+)  și uneori  și o pompă(H+/K+). Bazele ies prin membrana apicală prin schimb(Cl-/HCO3-).