Acidobazna ravnoteža i kompenzacijski mehanizmi
Acidobazna ravnoteža (acidobazna homeostaza) je dio humane fiziološke homeostaze koja se odnosi na jednak odnos kiselina i baza, drugim riječima, održavanje određene pH vrijednosti. Ljudski organizam je ekstremno osjetljiv na promjene pH vrijednosti, pa prema tome posjeduje snažne kompenzacijske mehanizme koji održavaju pH vrijednosti u uskim granicama. Većim promjenama pH vrijednosti proteini se denaturišu, enzimi gube svoje katalitičke sposobnosti što vodi letalnom ishodu.
Održavanje dinamičke acido-bazne ravnoteže krvi u određenim granicama jasan je primjer nastojanja organizma da očuva stalnost svoje „unutrašnje sredine“. Koncentracija vodonikovih jona u tjelesnim tekucinama održava se na veoma niskom nivou u poređenju na druge ione. Na primjer koncentracija Na+ iona u ekstracelularnoj tečnosti iznosi 142 mmol/L, što je oko 3,5 miliona puta više u odnosu na koncentraciju H+, koja je u prosjeku samo 0,00004 mmol/L. Ova koncentracija vodonikovih iona odgovara približno pH od 7,35-7,45.
U tim granicama postoje optimalni uvjeti za rad organskih sistema i za vršenje mnogobrojmih funkcija (rad nervnog sistema, disanje, srčani rad, ćelijski metabolizam uopšte i dr.). Svaki pomak izvan tih granica dovodi do funkcionalnih poremećaja, a vrijednost pH iznad 7,8 i ispod 6,8 su inkompatibilne sa životom. Precizna regulacija H+ iona je suštinska zato sto se aktivnost gotovo svih enzimskih sistema u tijelu odvija pod uticajem koncentracije H+ iona. Shodno tome, promjene koncentacije vodonika će uticati na skoro sve ćelijske i tjelesne funkcije.
Održavanje acido-bazne ravnoteže je neprekidan proces; on se obavlja neprestano, a ne samo kod nekih poremećaja. pH krvi se neprestano mijenja u vezi sa normalnom aktivnošću organizma. Te su promjene, međutim, veoma male zbog trajnog djelovanja regulatornih mehanizama.
Kiseline i baze, definicija i značenje
Prema Bronstedovoj definiciji kiselina je donor protona vodonika (iona H+), dok su baze akceptori protona vodonika (iona H+).
Primjer Bronstedove kiseline:
HCl + H2O → H3O+ + Cl-
HCl je kiselina jer je donor protona.
Primjer Bronstedove baze:
HCl + H2O → H3O+ + Cl-
H2O je baza jer je akceptor protona.
Izrazi alkalija ili baza se koriste kao sinonimi. Alkalija je molekul koji nastaje vezivanjem jednog ili više alkalnih metala Na+, K+, Li++, itd. sa izrazito hidroksilnim OH- ionom. Bazni dijelovi ovih molekula reaguju brzo sa H+ radi njihovog uklanjanja iz rastvora; shodno tome, oni su tipične baze. Izraz alkaloza se odnosi na prekomjerno uklanjanje H+ iz tjelesnih tečnosti, a suprotno tome, dodavanje H+ naziva se acidoza.
Normalna koncentracija vodikovih iona i pH tjelesnih tečnosti
Koncentracija H+ iona u krvi normalno se održava unutar vrlo tijesnih granica oko normalne vrijednosti od oko 40 nmol/L. Kako su koncentracije H+ veoma niske, obično se Ph izražava na logaritamskoj skali, korišćenjem pH jedinica.
Ph= -log [H+]
Ph= -log 0,000000004
Ph= 7,4
Fiziološki mehanizmi odbrane od promjene koncentracije vodonikovih iona: puferi, pluća i bubrezi
Postoje tri primarna sistema koji regulišu koncentraciju H+ iona u tjelesnim tečnotima radi sprečavanja acidoze ili alkaloze,to su:
1. hemijski acido-bazni puferski sistem tjelesnih tečnosti,
2. respiratorni centar koji reguliše uklanjanje CO2 i
3. bubrezi, koji mogu izlučivati kiselu i baznu mokraću.
Hemijski acido-bazni puferski sistem tjelesnih tečnosti
Puferi su otopine koje imaju određenu pH vrijednost i sposobne su da se odupru njenoj promjeni, kad im se doda mala količina jake baze ili kiseline. Kada postoji promjena koncentracije H+ iona, puferski sistemi tjelesnih tečnosti reaguju u djeliću sekunde kako bi umanjili te promjene. Puferi ne uklanjaju H+ ione iz tijela niti ih dodaju, nego ih samo drže čvrsto vezane dok se ravnoteža ponovo ne uspostavi.
Najznačajniji puferi koji učestvuju u održavanju acido-bazne ravnoteže su:
- bikarbonatni puferski sistem
- fosfatni puferski sistem i
- proteini, kao značajni intracelularni puferi.
Najvažnija karakteristika bikarbonatnog puferskog sistema jeste da se koncentracije njegovih sastojaka mogu nadzirati putem bubrega i pluća. Tim putem ta dva organska sistema i provode svoje snažno pufersko djelovanje. Obratno, uz pomoć bikarbonatnog pufera možemo pratiti dinamičke promjene acido-baznog statusa, a on je ujedno i odraz stanja glavnih kompenzacijskih mehanizama pluća i bubrega.
Bikarbonatni pufer možemo definirati Henderson Hasselbalchovom jednačinom gdje je:
pH = pK + log [A-]/[HA] = 6,1 + log [HCO3-]/[H2CO3]
Puferski sistem djeluje kao akceptor protona kada se koncentracija vodikovih iona poveća, a kao donor protona kada se koncentracija vodika snizuje.
Od fosfatnih pufera najvažniji je HPO42-/H2PO4.
Respiratorni centar koji reguliše uklanjanje CO2
Dišni sistem uključuje se u regulaciju acido-bazne ravnoteže tek kada se promijeni pH. Povišenje koncentracije vodikovih iona snižava koncentraciju bokarbonata u krvi, što dovodi do podraživanja respiracijskog centra. Tako podražen respiracijski centar stimuliše plućnu ventilaciju čime snižava sadržaj ugljične kiseline i tako djelimično ispravlja metaboličku acidozu. U plućima reakcija teče ovako:
H+ + HCO3- → H2CO3 → H2O + CO2
Time vodikov ion biva metaboliziran i nestane iz tjelesnih tekućina i organizma. Ako se smanji koncentracija vodikovih iona, smanjit će se i izdisanje CO2, pa će ga više ostati u organizmu. Zadržavanje CO2 povisuje koncentraciju vodikovih iona.
Glavno mjesto puferiranja CO2 jesu eritrociti, glavni je pufer hemoglobin. Membrana eritrocita jako je propusna za CO2 , a u eritrocitu ima obilje karbonanhidraze, koja hidratizira CO2 u H2CO3. CO2 je puferiran difuzijom u eritrocit, a pri tome nastala ugljična kiselina (H2CO3) disocira u H++CO3- . H+ se združuje sa Hb- u oblik HHb. HCO3- difundira iz eritrocita u zamjenu za Cl- koji ulazi u eritrocit. Kao rezultat svih ovih procesa dolazi do puferiranja metabolički stvorenog CO2 i vraćanje bikarbonatnog iona nazad u krv.
Bubrezi
Bubrezi nadziru izlučivanje vodikovih iona:
- reapsorpcijom bikarbonata,
- titracijom (neutralizacijom) pufera mokraće i
- lučenjem amonijevih iona (NH4+).
Reapsorpcija bikarbonata
Bubrezi mogu resorbirati sav filtrirani bikarbonat (oko 4,5 mmol/dan). Reapsorpcija bikarbonata izražena kao transportni maksimum (Tm) normalno iznosi 26 mmol/L. Kada je povećana koncentracija bikarbonata u plazmi nije moguće da se sav reapsorbira u bubrežnim kanalićima i on se gubi putem mokraće, dok se pri sniženim koncentracijama bikarbonat sav reapsorbira. U proksimalnim tubulima reapsorbira se 85-90% bikarbonata, a ostatak u distalnim. Pri tom je izlučivanje vodonikovih iona iz stanica tubula vezano sa vraćanjem bikarbonata u krv.
Kada je povećana reapsorpcija Na+, povisuje se Tm i povećava reapsorpcija bikarbonata. To znači da će smanjenje izvanstaničnog prostora i hipohloremijska stanja povisiti bikarbonatni Tm. Kada je reapsorpcija Na+ u proksimalnim tubulima snižena, smanjuje se bikarbonatni Tm i njihova reapsorpcija, tj. povećanje izvanstaničnog prostora snizuje Tm za bikarbonate.
Kada u stanicama proksimalnih stanica postoji višak vodikovih iona povisit će se Tm i povećati reapsorpcija bikarbonata kao funkcija sekrecije vodikovih iona. Stoga pojačano stvaranje CO2 ili gubitak staničnog kalija (K+) koji je zamijenjen sa H+, pojačava izlučivanje vodikovih iona i povisuje bikarbonatni Tm.
Pri sniženom pCO2 (hiperventilacija) snižen je i bikarbonatni Tm i bikarbonati se gube mokraćom.
Faktori koji uzrokuju manjak energije za izlučivanje vodikovih iona – hipofosfatemija jeste najbolji primjer manjka energije potrebne za sekreciju H+ iona. Tada je sniženo izlučivanje H+ iona i snižen Tm bikarbonata koji se gube mokraćom. Hipofosfatemija snižava sekreciju H+ zato što svaki poremećaj reapsorpcije bikarbonata u proksimalnim tubulima ima za posljedicu i poremećaj distalne reapsorpcije. Distalni tubuli nemaju karboanhidrazu. Zato nakon vezanja H+ i HCO3- u H2CO3 malo ugljične kiseline bude disocirano u CO2 i H2O. Ugljična kiselina smanjuje pH mokraće. Lučenje H+ iona nastavlja se u distalnim tubulima i nakon potpune reapsorpcije bikarbonata. Izlučivanje H+ iona zakiseljuje mokraću. Maksimalna sekrecija H+ u mokraći ograničena je gradijentom pri pH mokraće od 4,5 i predstavlja manje od 1 mmol slobodnog H+/L mokraće. Zato bubrezi moraju imati mogućnost izlučivanja vodonikovih iona mokraćom bez sniženja pH mokraće na 4,5. To osigurava titracija pufera mokraće i lučenje amonijevog iona (NH4).
Pod titracijom mokraćnih pufera podrazumijeva se titrabilna kiselost mokraće koja se mjeri količinom baza potrebnom da pH mokraće bude jednak pH plazme. Najvažniji pufer mokraće jeste fosfatni pufer (HPO42- bude titriran u H2PO4-). Izvjesna količina fosfata izbjegne reapsorpciju u proksimalnim tubulima i koncentrira se zbog reapsorpcije vode. Zbog toga koncentracija fosfata u mokraći može biti i deset puta veća od koncentracije fosfata u glomerularnom filtratu.
Amonijak (NH3) se stvara u stanicama bubrežnih tubula, uglavnom iz glutamina, ali također i iz asparagina, manje količine nastaju i oksidativnom dezaminacijom drugih aminokiselina. Što je niži pH mokraće veće je izlučivanje amonijaka. Od ostalih kompenzacijskih mahanizama značajan je aldosteron čije se lučenje povećava u slučaju acidoze, koji zatim stimuliše lučenje H+ iona. U alkalozi ubrzana je glukoliza koja dovodi do povišene koncentracije laktata i piruvata što povisuje koncentraciju H+ iona.
Kinetika acido-baznih kompenzacijskih mehanizama
Učinci regulacijskih sistema postižu se različitom brzinom:
Izvanstanični puferski sustavi – nekoliko desetaka minuta
Stanični puferi – nekoliko sati (4-8 h)
Respiracijski sistem – desetak sati (10-14 h)
Bubrežni mehanizmi – nekoliko dana (3-4 dana)
Primarni acido-bazni poremećaj uzrokuje odgovor pufera, međuprostornu preraspodjelu te odgovor pluća i bubrega. Kompenzacijski odgovor sam po sebi ne smatra se acido-baznim poremećajem iako značajno modificira aktualnu koncentraciju vodikovih iona i u svojoj naravi oponaša odgovarajući poremećaj acido-baznog statusa. Henderson-Hasselbachova jednačina pokazuje da je pH u granicama normale ako su molarni odnosi bikarbonata i ugljične kiseline 20:1. Primarni acido-bazni poremećaj izravno uzrokuje odstupanje koje se naziva dekompenzacijom, a puno stanje kompenzacijskih procesa dovodi stanje u ponovni odnos 20:1 što se naziva kompenziranim stanjem osnovnog poremećaja. U svim se stanjima s urednom funkcijom pluća i bubrega može postići stanje kompenziranosti acido-baznog poremećaja.
Literatura:
- Guyton i Hall - Fiziologija
- Harrisonov priručnik interne medicine
- Predavanja dr. Najjeeba
- MSD priručnik









