Podstawy równowagi kwasowo-

zasadowej

Fizjologia

Instytut Ochrony Zdrowia

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Pile

2008/09

Równowaga kwasowo-zasadowa

ILOCZYN JONOWY WODY

Iloczyn jonowy wody określa zależność między stężeniami jonów
wodorowych i wodorotle-nowych w wodnych roztworach elektrolitów.

K

w

jest to iloczyn jonowy wody, który w temperaturze około 25

0

C wynosi

10

-14

:

[H

+

]  [OH

-

] = 10

-14

= K

w

Równowaga kwasowo-zasadowa

pH

Posługiwanie się wartościami liczbowymi o ujemnych
potęgach jest dość niewygodne, Sörensen wprowadził więc
inny sposób wyrażania [H+], tzw. wykładnik stężenia jonów
wodorowych pH:

pH = - log [H

+

]

[H

+

] = 10

-pH

Wykładnikiem wodorowym, lub krótko pH, nazywa się
ujemny logarytm dziesiętny ze stężenia jonów wodorowych.
Zależność [H

+

]  [OH

-

] = 10

-14

przybiera wówczas postać:

pH + pOH = 14

Równowaga kwasowo-zasadowa

Pomiar pH

Równowaga kwasowo-zasadowa

RÓWNOWAGA KWASOWO – ZASADOWA

Równowaga kwasowo-zasadowa jest to ogół mechanizmów
odpowiedzialnych

za

utrzymanie optymalnego stężenia jonów wodorowych w
przestrzeniach

wewnątrz-

i zewnątrzkomórkowych. W warunkach prawidłowych stężenie
to

w

komórkach

wynosi przeciętnie 100 nmol/l (pH =7), a w płynie
pozakomórkowym

40



5

nmol/l

(pH = ok. 7,4).

Na zachowanie równowagi kwasowo-zasadowej organizmu
wpływają

przemiany

wewnątrz- i zewnatrzkomórkowe, w których uczestniczą:

• odpowiednie bufory, głównie bufory krwi,
• czynność płuc (wydalanie CO

2

)

• czynność nerek (produkcja HCO

3

-

, NH

4

+

i H

2

PO

4

-

).

Równowaga kwasowo-zasadowa

Roztwory buforowe

Roztwory buforowe (bufory) są to mieszaniny zawierające
następujące składniki:

• słaby kwas i jego sól z mocną zasadą,

• słabą zasadę i jej sól z mocnym kwasem,

• sole kwasu wieloprotonowego o różnej rzędowości.

Właściwością buforów jest zdolność utrzymywania względnie
stałego stężenia jonów wodorowych mimo wprowadzenia do
nich pewnej objętości mocnego kwasu, mocnej zasady lub ich
rozcieńczenia.

Roztwory buforowe odgrywają ważną rolę w organizmach
żywych utrzymując pH płynów ustrojowych w określonych
granicach,

niezależnie

od

zachodzących

prze-mian

metabolicznych.

Równowaga kwasowo-zasadowa

HA H

+

+ A

-

[H

+

] [A

-

]

[HA]

K =

Działanie buforów wynika z równoczesnej obecności w roztworze
wodnym słabego kwasu (HA) i sprzężonej z nim zasady Brönsteda (A

-

),

czyli składników stanowiących układ buforujący. Słaby kwas obecny w
układzie buforującym dysocjuje wg równania:

Stała jego dysocjacji ma
postać:

Równowaga kwasowo-zasadowa

Wobec tego:
[HA]
[H+] = K ———
[A-]

Po logarytmowaniu i zmianie znaku:
[HA]
- log [H+] = -log K - log ———
[A-]
równanie przyjmuje postać:
[A-]
pH = pK + log ———
[HA]

Jest to ogólna postać równania Hendersona-Hasselbalcha na
obliczanie pH układu buforowego zawierającego słaby kwas i
sprzężoną z nim zasadę Brönsteda, przy czym jony A- w
układzie buforowym nie pochodzą tylko z dysocjacji słabego
kwasu, lecz przede wszystkim z obecnej w roztworze sprzężonej
z nim zasady buforowej A-.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Przykładem buforu opartego na słabej zasadzie i jej soli jest bufor
amoniakalny zawierający:

• wodorotlenek amonu NH

4

OH i

i

• chlorek amonu, będący źródłem sprzężonego kwasu NH

4

+

Działanie tego buforu przedstawiają następujące reakcje:

NH

4

OH + H

+

→ NH

4

+

+ H

2

O (po dodaniu kwasu)

NH

4

+

+ OH

-

→ NH

4

OH (po dodaniu zasady)

Równowaga kwasowo-zasadowa

Wielkością charakteryzującą bufor jest jego pojemność buforowa.
Określa ona stosunek dodanej do buforu ilości kwasu lub zasady do
osiągniętej przez to zmiany pH.
Roztwór buforowy posiada pojemność równą 1, jeżeli dodanie 1 mola
jonów

H

+

lub

OH

-

do 1 litra buforu spowoduje zmianę pH o 1.

Oblicza się ją ze wzoru:

= C

 pH

gdzie ∆C oznacza liczbę moli jonów H

+

lub OH

-

dodanych do roztworu

w

przeliczeniu

na

1 litr buforu.

Pojemność buforowa jest największa, gdy pH=pK, czyli wtedy, gdy
[HA]=[A

-

]. Przyjmuje się, że roztwory buforowe spełniają swoją funkcję

w zakresie pH=pK1

.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Działanie podstawowych buforów przestrzeni zewnątrz- (PZK)

i wewnątrzkomórkowej (PWK)

Podstawowymi buforami organizmu człowieka są:

wodorowęglanowy

hemoglobinianowy

fosforanowy

białczanowy

Ich rozmieszczenie i udział w zabezpieczeniu pojemności buforowej
krwi są następujące:

Bufor

Działanie

w przestrzeni

Udział

-owy w

pojemności buforowej

krwi

Wodorowęglanowy

PZK, PWK

70

Hemoglobinianowy

PWK

21

Białczanowy

PZK, PWK

6

Fosforanowy

PWK, PZK

3

(pogrubione skróty wskazują na przewagę działania buforu w danej
przestrzeni)

Równowaga kwasowo-zasadowa

Działanie buforu wodorowęglanowego

(wiązanie jonów kwasowych i zasadowych)

- składnik kwasowy - sprzężona z
nim zasada buforowa

CO

2

+H

2

O H

2

CO

3

H

+

+ HCO

3

-

HCO

3

-

H

2

O + CO

2

+ OH

-

H

2

O

+ H

+

lub H

2

CO

3

+ OH

-

HCO

3

-

+H

2

O

[800]

[1]

[0,03] [0,03]

Liczby umieszczone w nawiasach kwadratowych nad reakcją odzwierciedlają
proporcje, w jakich poszczególne związki lub jony występują w stanie
równowagi w roztworze wodnym (przy założeniu, że stężenie H2CO3 wynosi
1). Jak wynika z ich wartości, równowaga tej reakcji przesunięta jest bardzo
silnie w lewo.

Równowaga kwasowo-zasadowa

W organizmie człowieka zachodzi wiązanie jonów H

+

pochodzenia

metabolicznego z jonami HCO

3

-

.

Ponieważ organizm człowieka nie produkuje jonów OH

-

, działanie

składnika kwasowego tego buforu polega na wiązaniu innych jonów o
charakterze zasadowym w sensie teorii Brönsteda.

Równanie Hendersona-Hasselbalcha dla buforu wodorowęglanowego
przyjmuje postać:

pH = 6,1 + log[HCO

3

-

]

[CO

2

]

gdzie 6,1 jest wartością pK (ujemny logarytm z iloczynu stałych obydwu
równowag zachodzących w składniku kwasowym tego buforu) w warunkach
fizjologicznych w temperaturze 37

0

C.

Równowaga kwasowo-zasadowa

W krwi tętniczej w temperaturze 37

o

C stężenie jonów H

+

waha się w

granicach 35-45 nmol/l, co odpowiada zakresowi pH 7,45-7,35. W
stanie równowagi stałe pH utrzymywane jest dzięki zachowaniu
odpowiedniego stosunku stężeń molowych kwasu węglowego (właściwie
CO

2

)

i stężenia jonu HCO

3

-

, wynoszącego 1:20, a więc:

pH = 6,1 + log 20

pH = 6,1 + 1,3

pH = 7,4

l

Gdy ten stosunek stężeń jest zachowany, pH krwi utrzymuje się w
zakresie normy.
W płynach biologicznych nie dokonuje się pomiaru stężenia CO

2

, lecz

jego prężności (pCO

2

).

Zgodnie z prawem Henry'ego (prawo o rozpuszczalności gazów nie
wchodzących w reakcje z cieczą w stałej temperaturze) stężenie gazu
rozpuszczonego w cieczy jest proporcjonalne do prężności gazu nad
cieczą. Stężenie CO

2

rozpuszcznego we krwi wyraża się więc jako

prężność oznaczającą ciśnienie gazowego CO

2

, z którym CO

2

rozpuszczony we krwi pozostaje w równowadze.

Równowaga kwasowo-zasadowa

W warunkach fizjologicznych przy prężności pCO

2

w powietrzu

pęcherzykowym

równej

5,32 kPa (40 mmHg), stężenia CO

2

i HCO

3

-

we krwi prawidłowej

wynoszą odpowiednio:

[CO

2rozp

]=40 mmHg 

0,030=1,2 mmol/l

[HCO

3

-

]=26 mmol/l

Wewnątrzkomórkowe procesy metaboliczne (katabolizm białek i
aminokwasów, przemiany kwasów tłuszczowych i węglowodanów) są
odpowiedzialne za dobową biosyntezę produktów kwasowych rzędu 50-
100 mmol H

+

.

Podczas działania buforu wodorowęglanowego jony H

+

wiązane są

przez HCO

3

-

, a nadmiar powstającego CO

2

zostaje przetransportowany

przez krew i wydalony z organizmu przez płuca.

HCO

3

H

2

CO

3

H

H

H

2

O

H

2

O

+

-

CO

2

CO

2

+

(gazowy)

(rozp. we krwi)

Krew Płuca

Schemat działania buforu wodorowęglanowego

Równowaga kwasowo-zasadowa

H

2

PO

4

-

HPO

4

2-

OH

-

H

+

HPO

4

2-

+ H

2

O H

2

PO

4

-

kwas buforowy zasada buforowa

+

+

Działanie buforu fosforanowego

Bufor fosforanowy jest mieszaniną jonów H

2

PO

4

-

i HPO

4

2-

pozostających

w równowadze z jonami Na

+

. W sprzężonej parze buforowej rolę kwasu

pełni jon H

2

PO

4

-

, a zasadą buforową jest jon HPO

4

2-

. Mechanizm

działania tego buforu w zależności od środowiska przedstawiają
reakcje:

Stosunek ilościowy obu składników w osoczu i przesączu kłębkowym w
kanalikach bliższych wynosi 1:4. W przesączu kłębkowym w
kanalikach dalszych i w moczu osiąga wartość 4:1, która może dojść
nawet do 20:1. Największą skuteczność buforu fosforanowego
stwierdza się przy prawidłowych wartościach pH moczu.

Równowaga kwasowo-zasadowa

H-Hb + O

2

H-HbO

2

HbO

2

-

+ H

+

Rola hemoglobiny w regulacji równowagi kwasowo-

zasadowej

Główną funkcją hemoglobiny (Hb) jest transport O

2

z płuc do tkanek i

CO

2

z tkanek do płuc. Procesy te ściśle wiążą się ze zdolnością

hemoglobiny do oddawania i przyłączania jonów H

+

. Hemoglobina

wiążąc O

2

oddaje jony H

+

i zachowuje się jak kwas. Tracąc O

2

przyłącza

jednocześnie jony H

+

, wykazując właściwości zasady buforowej:

Hemoglobina składa się z czterech podjednostek białkowych i wiąże
4 czasteczki O

2

uwalniając jednocześnie 2H

+

, jednak dla

uproszczenia przyjęto powyższy zapis reakcji.

Ogniwem umożliwiającym hemoglobinie udział w buforowaniu krwi
jest bufor wodoro-węglanowy, gdyż jego składniki swobodnie
przenikają

przez

błonę

krwinki

czerwonej

i pozostają w dynamicznej równowadze z hemoglobiną.

Powstający kwas węglowy ulega następnie dysocjacji:

CO

2

+ H

2

O H

2

CO

3

HCO

3

-

+ H

+

Równowaga kwasowo-zasadowa

HbO

2

-

+ H

+

H-Hb + O

2

O

2

CO

2

+ H

2

O H

2

CO

3

H

+

+ HCO

3

-

Cl

-

HCO

3

-

CO

2

Cl

-

do tkanek

z tkanek

anhydraza

węglanowa

przesunięcie

chlorkowe

H-Hb + O

2

HbO

2

-

+ H

+

O

2

HCO

3

-

+ H

+

H

2

CO

3

H

2

O + CO

2

HCO

3

-

CO

2

Cl

-

anhydraza

węglanowa

z płuc

Cl

-

wydychany

Udział erytrocytów w regulacji
równowagi

kwasowo-zasadowej

krwi:

A - reakcje w kapilarach
tkanek
B - reakcje w płucach

Równowaga kwasowo-zasadowa

Nerki

Regulacja metaboliczna równowagi kwasowo-zasadowej w nerkach
sprowadza się głównie do:

• zapewnienia prawidłowego stężenia zasady buforującej
(HCO

3

-

),

• wydalaniu jonów H

+

.

Prawidłowe stężenie jonów HCO

3

-

we krwi tętniczej, wynoszące 22-26

mmol/l, utrzymywane jest dzięki:

• odpowiedniemu wytwarzaniu w krwinkach czerwonych i
komórkach

kanalików

nerkowych,

• wchłanianiu zwrotnemu w kanalikach nerkowych,

• wydalaniu nadmiaru.

Nerka wpływa na równowagę kwasowo-zasadową, gdyż wydala nielotne
kwasy, takie jak mlekowy, acetooctowy, -hydroksymasłowy, siarkowy

(powstający w przemianie białkowej) oraz fosforowy (wytwarzanyw
przemianie fosfolipidów). Kwasy te w postaci soli, głównie sodowych,
usuwane są przez filtrację kłębkową, a kationy Na+ odzyskiwane są w
kanalikach
na drodze wymiany na jony H+ dzięki wchłanianiu zwrotnemu.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Rola wątroby w regulacji równowagi kwasowo-

zasadowej

Wątroba i nerki stanowią dwa ważne ogniwa regulacji homeostazy
stężenia HCO

3

-

i NH

4

+

.

W warunkach fizjologicznych katabolizm 100 g białek jest źródłem
około 1000 mmol NH

4

+

i 1000 mmol HCO

3

-

. Uwzględniając objętość

wydalanego w ciągu doby moczu, wynoszącą średnio 1,5 litra,
usuwanie przez nerki tak dużej ilości powstającego HCO

3

-

jest

niemożliwe. Jednak dzięki odbywającej się w wątrobie syntezie
mocznika, w której zużyciu ulegają równoważnikowe ilości NH

4

+

i

HCO

3

-

, powstałe w procesie katabolizmu białek duże ilości jonów

HCO

3

-

ulegają eliminacji.

Nasilenie procesu usuwania HCO

3

-

zależne jest od stężenia H

+

we

krwi, tworzy się bowiem układ sprzężenia zwrotnego, tj. im większe
stężenie H

+

lub im większy spadek stężenia HCO

3

-

we krwi (im

większa kwasica), tym mniej HCO

3

-

ulega przekształceniu

w mocznik i odwrotnie.
Nie zużyty w kwasicy NH

4

+

wykorzystany jest do syntezy glutaminy, co

stanowi istotne ogniwo w procesie amoniogenezy. Skuteczność tego
mechanizmu jest duża, bowiem zahamowanie syntezy mocznika o
zaledwie 10% dostarcza organizmowi około 100 mmol HCO

3

-

na dobę.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej

Organizm człowieka ma znaczne możliwości kompensacji zaburzeń
równowagi kwasowo-zasadowej, zmiany pH krwi są więc na ogół
nieznaczne. Jest to istotne, ponieważ przesunięcie pH poniżej 7,0 i
powyżej 7,7 ([H

+

] = 20 - 80 mmol/l) mogą być bezpośrednim

zagrożeniem dla życia.

Wyróżnia się cztery typy zaburzeń równowagi kwasowo-zasadowej:

pH

[HCO

3

-

]

pCO

2

Kwasica
metaboliczna

↓



↓

Kwasica
oddechowa

↓

↑



Zasadowica
metaboliczna

↑



↑

Zasadowica
oddechowa

↑

↓



(pogrubienie strzałki oznacza zmianę pierwotną, strzałka normalna – mechanizm
obronny)

Równowaga kwasowo-zasadowa

Zaburzenie równowagi pochodzące od zmian stężenia CO

2

we krwi

uważa się za spowodowane zaburzeniami w oddychaniu, gdyż jego
stężenie zależy od pCO

2

, które jest kontrolowane przez narządy

oddechowe.

Kwasica oddechowa występuje w warunkach nagromadzenia CO

2

w

krwi, zaś zasadowica oddechowa wtedy, gdy CO

2

wydala się zbyt szybko.

Wyrównania stosunku stężeń w obu przypadkach mogą dokonać nerki
drogą zmiany stężenia wodorowęglanów.

Zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej wywołane zmianami
stężenia HCO

3

-

są pochodzenia metabolicznego. Niedobór HCO

3

-

powoduje kwasicę metaboliczną, a nadmiar - zasadowicę metaboliczną.
Kompensacja może nastąpić drogą zmiany prężności CO

2

(pCO

2

).

Równowaga kwasowo-zasadowa

Kwasica metaboliczna powstaje w wyniku nagromadzenia się kwasów
lub utraty jonów HCO

3

-

z płynu pozakomórkowego. Głównym źródłem

kwasów nielotnych są białka zawierające aminokwasy siarkowe,
enzymatyczna hydroliza fosfolipidów, ketokwasy oraz kwasy D- i L-
mlekowy.
Zmiana stężenia jonów HCO

3

-

następuje w wyniku wydalania przez

przewód

pokarmowy,

z moczem oraz zmienione ich wytwarzanie. Spadek pCO

2

powoduje

wzrost stężenia jonów H

+

i normalizację

pH.

Kwasica oddechową zostaje wywołana przez nadmierne stężenie CO

2

w

wyniku upośledzonego wydalania przez płuca. Organizm reaguje na
wzrost pCO

2

uruchomieniem mechanizmów obronnych w postaci:

• zwiększonej produkcji HCO

3

-

w nerkach i następnie we krwi;

jednocześnie zwiększa się wydalanie jonów H

+

w postaci jonów

H

2

PO

4

-

i NH

4

+

,

• buforowania CO

2

we krwi i tkankach.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Zasadowica metaboliczna może być spowodowana nadmiernym
gromadzeniem zasad buforowych lub utratą nielotnych kwasów.
Powodem

może

być

przesunięcie

jonów

H

+

z przestrzeni pozakomórkowej do wewnątrzkomórkowej.

Zasadowica oddechowa powstaje w wyniku obniżenia pCO

2

krwi

tętniczej

poniżej

4,6

kPa

(35 mmHg). Nerki reagują na to obniżenie w dwojaki sposób:

• zmniejsza się wchłanianie jonów HCO

3

-

głównie w kanaliku

proksymalnym,

przy

równoczesnym wzroście wchłaniania jonów Cl

-

,

• maleje lub zanika wydalanie jonów H

+

, tym samym ustaje

wytwarzanie

jonów

HCO

3

-

przez nerki, czemu towarzyszy spadek produkcji

amoniaku.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Wartości prawidłowe homeostazy kwasowo-

zasadowej

Krew tętnicza

[H

+

] = 35-45 nmol/l

pH = 7,35 - 7,45

pCO

2

= 4,5 - 6,0 kPa (35 - 45mmHg)

[HCO

3

-

] = 22 - 26 mmol/l

całkowity zasób zasad buforujących = 44 - 48 mmol/l

nadmiar lub niedobór zasad = -2,5 do 2,5 mmol/l

pO

2

= 8,7 - 13,3 kPa (65 - 100 mmHg)

Mocz

pH = 5,0 - 8,5

[H

+

]

wyd.

= {[NH

4

+

]

wyd.

+ [H

2

PO

4

-

]} - [HCO

3

-

]

wyd.

[NH

4

+

]

wyd.

= 30 - 50 mmol/dobę

[H

2

PO

4

-

] = 10 - 30 mmol/dobę

Równowaga kwasowo-zasadowa

W organizmie woda wypełnia dwie przestrzenie wodne: przestrzeń
wewnątrzkomórkową (PWK) i pozakomórkową (PZK). Na przestrzeń
pozakomórkową składają się:

• przestrzeń wodna wewnątrznaczyniowa

• przestrzeń wodna pozanaczyniowa.

Ilościowe rozmieszczenie wody w obydwu przestrzeniach jest
następujące:

Przestrzeń wodna

Objętoś

ć

[ l ]

% masy

ciała

% wody

całkowit

ej

PWK

28

40

65

PZK

14

20

35

a)

wewnątrznaczyniowa

3

5

10

b) pozanaczyniowa

11

15

25

Równowaga kwasowo-zasadowa

Człowiek dorosły traci około 1,5–2,0 litrów wody na dobę, jego organizm
musi więc być w nią zaopatrywany. Dobowe spożycie wody wynosi 0,5-2,5
l

i

tyle

wody

wydala

się

na

zewnątrz,

w większości z moczem.

Bilans wody w organizmie jest następujący:

Pobór wody (ml)

Wydalanie wody (ml)

Płyny

1 500

Mocz

1 600

Woda z pokarmu

800

Skóra i płuca

900

Woda z przemian

300

Kał

100

RAZEM

2 600

RAZEM

2600

Szybkość wydalania moczu może wynosić 0,5 - 5,0 ml/min i zależy głównie
od ilości spożytych płynów. Regulacja objętości wody w organizmie
następuje poprzez zwiększenie lub zmniejszenie reabsorpcji wody w
nerkach.

Wydalanie wody z kałem jest wynikiem procesów wchłaniania i
wydzielania elektrolitów w prze-wodzie pokarmowym. Zaburzenia tych
procesów prowadzą do nadmiernej utraty elektrolitów.

Utrata wody z potem i powietrzem wydychanym nie ulega regulacji i
dobowe straty wynoszą około 1 l wody i 30 mmol Na

+

.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Elektrolity płynów wewnątrz- i pozakomórkowych – stężenia

Osmolalność

Skład elektrolitowy płynu wewnątrz- i pozakomórkowego oraz osocza
przedstawia

jonogram Gambla

(zawiera wartości

średnie stężeń)

Równowaga kwasowo-zasadowa

W każdym płynie biologicznym suma stężeń kationów jest równa
sumie stężeń anionów:

Kationy

[mmol/l]

Aniony

[mmol/l]

Na

+

142

Cl

-

101

K

+

4

HCO

3

-

26

Ca

2+

5

białczanowy

26

Mg

2+

2

resztkowe

10

RAZEM

153

RAZEM

153

Do anionów resztkowych należą fosforany, siarczany oraz aniony
kwasów organicznych, takie jak mleczan, pirogronian, cytrynian,
acetooctan, -hydroksymaślan i oksyglutaran, będące metabolitami

przemian.
W zaburzeniach gospodarki wodno-elektrolitowej, gdy dochodzi do
zwiększenia

stężenia

anionów

metabolicznych,

zmniejsza

się

odpowiednio stężenie HCO

3

-

.

Odwrotnie,

zmniejszenie

stężenia

jonów

Cl

-

w

osoczu

jest

kompensowane

przez

dostarczenie

jonów

HCO

3

-

.

Właściwości

fizykochemiczne jonów HCO

3

-

są inne i nie mogą one zastąpić funkcji

fizjologicznych jonów Cl

-

.

Mimo zachowania zależności 

[kationy]

= 

[aniony]

, a tym samym prawa

elektroobojętności,

dochodzi

do

zaburzeń

metabolicznych

w

organizmie.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Gospodarka wodno-elektrolitowa jest ściśle związana z tzw.

osmolalnością

płynów

w przestrzeniach wodnych.

Osmolalność

wyraża liczbę moli danego związku rozpuszczonych w 1

kg rozpuszczalnika (jest to jednocześnie definicja stężenia
molalnego).
Jednostką jest Osmol – jest to ciśnienie osmotyczne związku
osmotycznie

czynnego,

jakie

wywiera

1

molalny

roztwór

niedysocjujący.

W temp. 0C:

molalność = c · n · p

c - stężenie związku w mol/kg H

2

O

n - liczba produktów dysocjacji

p - współczynnik aktywności osmotycznej

Równowaga kwasowo-zasadowa

Ciśnienie osomotyczne

jest ciśnieniem wewnątrz przestrzeni zamkniętej

błoną półprzepuszczalną, przez którą przechodzi woda, a nie elektrolit.
W warunkach homeostazy ciśnienia osmotyczne w obu przestrzeniach
wodnych są wyrównane.

Wielkość ciśnienia osmotycznego uwarunkowana jest stężeniem
substancji osmotycznie czynnych (jony, substancje małocząsteczkowe).

Osmolalność osocza u dorosłych wynosi 275 - 290 mOsm/kg H

2

O.

W płynach pozakomórkowych, a więc również w osoczu, jego wartość
zależy głównie od stężenia jonów Na

+

. Dla celów diagnostycznych

uwzględnia się stężenie jonów Na

+

i odpowiadających mu anionów oraz

stężenie glukozy i mocznika:

osmolalność osocza = 2 [Na

+

] + [glukoza] + [mocznik]

W stanie prawidłowym:

osmolalność osocza = 2 · 140 + 5 + 4 = 289 mmol/l

Równowaga kwasowo-zasadowa

Krótka charakterystyka gospodarki wodno-elektrolitowej

Gospodarka wodno-elektrolitowa stanowi ważny element homeostazy
ogólnoustrojowej.
Jej ocenę umożliwia oznaczenie stężeń podstawowych elektrolitów:
jonów Na

+

, K

+

i Cl

-

oraz pomiar objętości płynów ustrojowych.

Regulacja gospodarki wodno-elektrolitowej ma na celu utrzymanie:

• izowolemii (prawidłowa wielkość przestrzeni wodnych),

• izotonii (prawidłowe ciśnienie osmotyczne),

• izojonii (prawidłowy skład elektrolitów).

Jest to możliwe dzięki temu, że:

• woda swobodnie przemieszcza się przez błony plazmatyczne
komórek,

• rozmieszcza się równomiernie we wszystkich przedziałach
płynowych organizmu,

Równowaga kwasowo-zasadowa

Gospodarka wodno-elektrolitowa:

• przedziały płynowe organizmu są izoosmolalne względem siebie;
woda

przenikając

swobodnie przez błony plazmatyczne zapobiega powstawaniu
różnic

osmolalności

płynów,

• jony Na

+

nie przemieszczają się swobodnie przez błony, a ich

stężenie

po

obu

stronach

błony utrzymuje się dzięki aktywności pompy sodowo-potasowej
(Na

+

/K

+

-ATPaza),

• zawartość jonów Na

+

w organizmie warunkuje objętość płynu

pozakomórkowego;

woda

przemieszcza się do lub z płynu pozakomórkowego dopóki stężenie
jonów

Na

+

nie

osiągnie izoosmolalności,

• ciśnienie osmotyczne białek osocza determinuje względną
objętość

płynu

wewnątrzkomórkowego i śródmiąższowego.

Mikroelementy

Sód, potas, chlor, siarka

Funkcje sodu, potasu i chloru są ze sobą ściśle powiązane.
Znajdują się we wszystkich płynach ustrojowych i tkankach
organizmu człowieka.
Sód i chlor występują głównie w płynie pozakomórkowym i osoczu
krwi, a potas w płynie wewnątrzkomórkowym.

Pierwiastki te biorą udział w regulacji następujących funkcji
organizmu:

• gospodarki wodno-elektrolitowej,

• równowagi kwasowo-zasadowej,

• utrzymania ciśnienia osmotycznego,

• zapewnienia prawidłowej pobudliwości nerwowo-mięśniowej
(utrzymanie

różnicy

potencjałów między neuronami i komórkami mięśni).

Sód i potas są składnikami Na

+

,K

+

-ATPazy, ich metabolizm jest

kontrolowany przez aldosteron, ulegają szybkiemu wchłanianiu,
wydalanie odbywa się przez nerki.
Pierwiastki te występują obficie w żywności i niedobory
spowodowane nieprawidłowym żywieniem nie występują.

Siarka jest składnikiem aminokwasów (cysteina, metionina), białek
włosów

(keratyna),

a także insuliny i glutationu. Nadmiar siarki usuwany jest w moczu
głównie w postaci siarczanów.

Równowaga kwasowo-zasadowa

SÓD

Zawartość jonów Na

+

w organizmie wynosi ok. 60 mmol/kg masy

ciała, z czego około 98% znajduje się w przestrzeni pozakomórkowej.

Dobowa dostawa waha się w granicach 75-250 mmol i jest
równoważona wydalaniem przez nerki, ściśle powiązanym z
wydalaniem

wody.

W

normalnych

warunkach

ponad

99%

przefiltrowanej ilości jonów Na

+

ulega wchłanianiu zwrotnemu, a

mniej niż 1% wydaleniu. Resorpcja sodu przez kanaliki nerkowe
regulowana jest przez aldosteron, hormon steroidowy z klasy
mineralokortykoidów.

Dzienne spożycie soli kuchennej wynosi 10-15 g. Sód nie rozkłada się
w organizmie i nie ulega przemianom.
Sok żołądkowy zawiera 60 mmol/l Na

+

, treść jelitowa około 125

mmol/l, pot do 60 mmol/l.

Stężenie jonów Na

+

w osoczu lub surowicy krwi wynosi 135-145

mmol/l. Zmniejszenie poniżej 135 mmol/l określane jest jako

hiponatremia

,

która

z

reguły

wiąże

się

z hipoosmolalnością płynu pozakomórkowego i przewodnieniem
przestrzeni wewnątrz-komórkowej. Stężenie jonów Na

+

w osoczu

powyżej 148 mmol/l jest traktowane jako

hipernatremia

, której zwykle

towarzyszy odwodnienie.

Równowaga kwasowo-zasadowa

POTAS

Zawartość jonów K

+

w organizmie wynosi około 54 mmol/kg masy

ciała, z tego około 90% przypada na tzw. potas zjonizowany (frakcja
wymienialna),

który

w

98%

umiejscowiony

jest

w

płynie

wewnątrzkomórkowym osiągając stężenie 130-150 mmol/l, a tylko
około

w

2%

w płynie pozakomórkowym. Jego stężenie ma decydujące znaczenie dla
utrzymania odpowiedniego potencjału błonowego, warunkującego
prawidłową pracę mięśnia sercowego, mięśni szkieletowych i mózgu.
Dobowa dostawa potasu wynosi około 60-80 mmol i pokrywa jego
utratę z moczem i kałem. Wchłaniany rozprzestrzenia się bardzo
szybko

w

całym

organizmie

i

stąd

jego

stężenie

w osoczu jest bardzo stałe.
Stężenie w surowicy lub osoczu mieści się w granicach 3,5-5,0 mmol/l.
Może ono ulegać zmianie niezależnie od stężenia Na

+

lub

równocześnie z nim, a także zachowywać się przeciwstawnie.

Wydalanie potasu odbywa się głównie (90%) z moczem (0,5-12,0
mol/dobę), a mniej niż 10% z kałem. Tylko nerki mają zdolność
regulacji wydalania potasu (kanały potasowe). Głównymi czynnikami
regulującymi gospodarkę potasową są insulina, aminy katecholowe
i aldosteron.

Hipokalemia

może być spowodowana zmniejszonym dowozem jonów

K+ (brak w poży-wieniu, choroby wyniszczające) lub zwiększoną ich
utratą (wymioty, biegunki, na drodze nerkowej).

Hiperkalemia

czyli zwiększone stężenie jonów K+ występuje dość

rzadko.

Równowaga kwasowo-zasadowa

CHLOR

Prawidłowe stężenie

jonów chlorkowych

w surowicy lub osoczu waha

się

w

granicach

98-108 mmol/l.
Z wyjątkiem niektórych stanów patologicznych stężenie K

+

zmienia

się

równocześnie

ze stężeniem jonów Na

+

.

Stężenie jonów Cl

-

jest ściśle powiązane z równowagą kwasowo-

zasadową, w której zaburzeniach zmiany stężenia Cl

-

równoważą

zmiany stężenia HCO

3

-

. Stężenie Cl

-

zwiększa się w kwasicach

metabolicznych i zasadowicach oddechowych, a zmniejsza w
zasadowicach metabolicznych i kwasicach oddechowych.
Zmniejszenie stężenia jonów Cl

-

obserwuje się w uporczywych

wymiotach, a zwiększone w niektórych postaciach zasadowicy
hiperchloremicznej.

Znajomość stężenia jonów Cl

-

służy, wraz ze stężeniem jonów HCO

3

-

,

Na

+

i K

+

, do obliczania tzw. luki anionowej:

LA = { [Na

+

] + [K

+

] } - { [HCO

3

-

] + [Cl

-

] }

W warunkach prawidłowych LA wynosi 15-20 mmol/l. Zwiększa się w
kwasicach metabolicznych (poza hiperchloremiczną); jej spadek nie
ma znaczenia fizjologicznego.

Równowaga kwasowo-zasadowa

WAPŃ

Zawartość wapnia w organizmie

dorosłego człowieka wynosi około

1,00-1,25

kg,

z czego aż 99% stanowi wapń tkanki kostnej i zębów w postaci
hydroksyapatytu.
Z pozostałego 1% (postać jonowa) 0,9% jest istotnym składnikiem
płynów zewnątrzkomórkowych, a tylko około 0,1% występuje w płynie
wewnątrzkomórkowym.

Wapń występuje w surowicy krwi w trzech formach pozostających w
równowadze:

- frakcja niedyfundująca związana z albuminą i globulinami (około

45% Ca),

- frakcja dyfundująca - obejmuje połączenia jonów Ca

2+

z

mleczanami,

wodoro-

węglanami, fosforanami, siarczanami, cytrynianami i
innymi

anionami

(około

5% Ca),

- fizjologicznie aktywna forma jonów zjonizowanych (około 50%

Ca).

Znaczenie jonów Ca

2+

wynika głównie z ich udziału w przekazywaniu

bodźców nerwowych w mięśniach szkieletowych i mięśniu sercowym,
działaniu hormonów, udziału w procesach krzepnięcia krwi oraz
aktywacji wielu enzymów.

Stężenie Ca w osoczu zawiera się w przedziale 2,2-2,7 mmol/l (8,8-
10,8

mg/dl),

z

czego

45-50% stanowi wapń zjonizowany. Zwiększenie stężenia jonów Ca

2+

w

osoczu

powyżej

2,75 mmol/l jest wyrazem

hiperkalcemii

, ale częściej spotyka się

hipokalcemię

, której główną przyczyną są niedobory witaminy D3.

Równowaga kwasowo-zasadowa

MAGNEZ

Około 50%

magnezu

znajduje się w tkance kostnej, pozostała część

występuje

głównie

w płynach wewnątrzkomórkowych; w płynach zewnątrzkomórkowych jest
go tylko około 1%.
Przestrzeń zewnatrzkomórkowa stanowi wraz z kośćcem łatwo
wymienialną pulę, stabilną nawet przy znacznych zmianach stężenia Mg
w surowicy.

Stężenie Mg w osoczu wynosi 0,75-1,25 mmol/l (1,8 - 2,6 mg/dl), z czego
20-25%

związane

jest

z białkami. Biologicznie aktywną frakcją jest pula wolnych jonów Mg 2+

.

Około 32% magnezu związane jest z białkiem, 13% z anionami
organicznymi i nieorga-ganicznymi, a około 55% stanowią wolne jony
Mg

2+

.

Znaczenie pozakomórkowego jonu Mg

2+

wynika, podobnie jak Ca

2+

, z ich

roli w przewod-nictwie nerwowym. Mg jest antagonistą Ca, działa
paraliżująco na układ mięśniowy.

Mg jest niezbędny dla przebiegu wielu enzymatycznych reakcji,
zwłaszcza tych, w których uczestniczy ATP, bierze udział w reakcjach
fosforylacji zależnych od ATP.

PTH zwiększa, zaś aldosteron reabsorpcję Mg w nerkach i wzmaga jego
wydalanie z moczem.

Mikroelementy

FOSFOR

W organizmie człowieka:

- 80% fosforu w organizmie człowieka obecne jest w kośćcu i

zębach,

- pozostała część obecna jest w związkach organicznych (estry

fosforanowe,

kwasy

nukleinowe, nukleozydy (ATP), fosfolipidy błonowe,
fosforany węglowodanów.

Homeostaza Ca i P regulowana jest przez dietę, witaminę D i jej
metabolity,

PTH

i kalcytoninę.

Równowaga kwasowo-zasadowa

Główne wskaźniki gospodarki wodno-

elektrolitowej

Osocze/surowica:

[Na

+

] = 135-145 mmol/l

[K

+

] = 3,8-5,0 mmol/l

[Cl

-

] = 98-108 mmol/l

osmolalność: 280-300 mOsmol/kgH

2

O(M); 275-295

mOsmol/kg H

2

O(K)

[Ca

2+

] = 2,2-2,7 mmol/l

[Mg

2+

] = 0,7-1,1 mmol