Równowaga

kwasowo- zasadowa

w

organizmie człowieka

Wydział Nauk Medycznych

Zaoczna Fizjoterapia

Grupa BB7

1. Katarzyna Batóg

2. Marta Zielińska

3. Martyna Cebera

4. Anna Pękacka

5. Agnieszka Sieniawska

6. Aldona Wróbel

7. Małgorzata Urbaś

8. Bogusława Zalewicz

9. Małgorzata Rzepecka

10. Rafał Pacholik

Równowaga kwasowo-zasadowa to stan, w którym zachowany jest swoisty stosunek kationów i anionów w płynach ustrojowych, warunkujący odpowiednie pH i prawidłowy przebieg procesów życiowych.

Podstawą tej równowagi jest utrzymanie stężenia jonów H⁺ w płynie zewnątrzkomórkowym. Mechanizmy regulujące skład w płynie zewnątrzkomórkowym są szczególnie ważne w stosunku do jonu H⁺, ponieważ mechanizmy komórkowe są bardzo wrażliwe na zmiany stężenia jonów H⁺. Wewnątrzkomórkowe stężenie jonów H⁺ może być oznaczone przy użyciu mikroelektrod, z wrażliwym na zmiany pH barwnikiem fluorescencyjnym i rezonansu magnetycznego jąder atomów fosforu. Stężenie wewnątrzkomórkowe jonów wodorowych różni się od stężenia zewnątrzkomórkowego i reguluje różnorodne procesy wewnątrzkomórkowe, które są wrażliwe na zmiany stężenia jonów H⁺ w płynie zewnątrzkomórkowym.

Oznaczenie pH jest użytecznym sposobem wyrażenia stężenia jonów H⁺ w organizmie, ponieważ w stosunku do innych kationów jego stężenie jest stosunkowo małe. Prawidłowe stężenie jonów NA⁺ w osoczu krwi tętniczej i erytrocytach jest podobne i wynosi około 140mmol/L Natomiast stężenie jonów H⁺ wynosi 0,00004 mmol/L

		Stężenie H^+		pH
					mEq/L	mol/L
HCL w soku żołądkowym		150	0,15	0,8
Maksymalne zakwaszenie moczu		0,03	3x10^-5	4,5
Osocze	Krańcowa acydoza Wartości przeciętne Krańcowa alkaloza	0,0001 0,00004 0,00002	1 x 10^-7 4 x 10^-8 2 x 10^-8	7,0 7,4 7,7
Sok trzustkowy		0,00001	1 x 10^-8	8,0

Stężenie H⁺ i pH płynów ustrojowych

W osoczu krwi tętniczej prawidłowe pH wynosi 7,4. Osocze krwi żylnej zaś ma nieco mniejsze pH. Kwasica ( acydoza) zachodzi wtedy, kiedy pH krwi tętniczej obniży się poniżej 7,4, a zasadowica ( alkaloza )gdy pH wzrośnie powyżej 7,4. Stężenia jonów H⁺ w płynie zewnątrzkomórkowym, przy których możliwe są procesy życiowe wahają się od 0,00002 (pH 7,7) do 0,0001 (pH 7,0).

Grupy aminowe i karboksylowe aminokwasów są wykorzystywane w procesie glukoneogenezy w wątrobie, uwalniając NH⁴⁺ i HCO^3- ze swoich grup aminowych i karboksylowych. NH⁴⁺ jest wbudowany do mocznika wytwarzane protony są buforowane wewnątrzkomórkowo przez HCO^3-. Tak więc jedynie nieznaczna ilość NH⁴⁺ i HCO^3- przechodzą z wątroby do krwi krążącej. Jednak w wyniku metabolizmu aminokwasów zawierających siarkę powstaje H₂SO₄, a H₃PO₄ powstaje z metabolizmu aminokwasów fosforylowanych, takich jak fosfoseryna. Te mocne kwasy przechodząc z krwi krążącej stanowią zasadnicza ilość jonów H⁺ do zbuforowania w płynie zewnątrzkomórkowego. Około 50mmol/d jonów H⁺ jest w warunkach prawidłowych wytwarzane w procesie metabolizmu aminokwasów. Powstający CO₂ w procesach metabolizmu tkankowego jest w przeważającej części uwolniony do H₂CO₃ i całkowita ilość jonów H⁺ pochodzących z tego metabolizmu wynosi 12 500mmol/d. Jednak większa część CO₂ jest wydalona w płucach, a tylko mniejsza część jonów H⁺ musi być wydalona w nerkach.

Rola wątroby i nerek w usuwaniu nadmiaru resztek kwasowych wytwarzanych w procesach metabolicznych w organizmie

Źródłem dodatkowych ilości kwasów jest wytężony wysiłek fizyczny (kwas mlekowy), ketoza w cukrzycy ( kwas acetooctowy i beta-hydroksymasłowy) i przyjmowanie soli zakwaszających, takich jak : NH₄Cl i CaCl₂, które w efekcie zwiększają ilość HCl w organizmie. Przyczyną acydozy może być również niewydolność chorych nerek do wydalania kwasu w ilościach występujących w warunkach przeciętnych. Głównym źródłem zasad diecie są owoce. Zawierają one Na⁺ i K⁺, które występują w postaci soli silnych kwasów organicznych. Aniony tych soli są metabolizowane do CO₂, natomiast Na, HCO₃ i KHCO₃ pozostaje w organizmie. NaHCO₃ i inne sole alkalizujące są czasem przyjmowane w dużych ilościach, ale zwykle występującą przyczyną alkalozy jest utrata kwasów z organizmu, spowodowana wymiotami sokiem żołądkowym zawierającym duże ilości HCl. Jest to stan podobny do tego, jaki występuje w organizmie w czasie przyjmowania zasad.

Regulacja płucna, czyli wydalanie CO2 w płucach

Dynamikę tego procesu wyraża wzór :

CO₂+ H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO_3-

Zgodnie z prawem działania mas zwiększenie stężenia jonów wodorowych przesuwa natychmiast reakcję lewo - jon wodorowy łącząc się z HCO_3- daje H₂CO₃, który dysocjuje na H₂O i CO₂ zostaje natychmiast wydalony przez płuca. Dzięki temu układ węglanowy przyjmuje pierwotną postać, stężenie jonów wodorowych pozostaje nie zmienione.

Regulacja nerkowa, czyli wydalanie H⁺ przez nerki

W trakcie buforowania wraz z wydalaniem CO₂ przez płuca wodorowęglan, jako najważniejszy składnik buforu węglanowego, zostaje zużyty jego regeneracja może nastąpić jedynie w takich narzędziach, które są zdolne do wydalania jonu wodorowego.

Odbywa się to przede wszystkim w cewkach nerkowych, gdzie obecność anhyrazy węglanowej ułatwia powstawanie jonów wodorowych i węglanowych w myśl wzoru :

H2O + CO2 H2CO3 HCO3^- + H⁺

Dzięki temu nerka może wydalać w sposób nieprzerwany jon wodorowy powstały w tłoku przemiany materii. Dla zabezpieczenia równowagi elektronowej następuje najpierw absorpcja Na⁺ z NaHCO_3- ze światła cewki, który przez wymianę z jonem wodorowym daje kwas węglowy, dysocjujący na CO₂ i wodę. CO₂ przenika do wnętrza komórki i ulegając uwodnieniu do kwas węglanowego i następnie dysocjacji, dostarcza HCO_3- dla buforu węglanowego.

Dalsze zobojętnienie odbywa się przez bufory zawarte w moczu pierwotnym. 10-30mval/24h jonów wodorowych ulega zobojętnieniu przez układ buforowy fosforanowy (do 85% wydalanego H⁺). Ilość jonu wodorowego, związanego w postaci NaH₂PO₄stanowi tzw. kwasowość miareczkową moczu.

Na każdy wydalony jon wodorowy w cewce nerkowej regeneruje jeden jon HCO_3- we wnętrzu komórki cewkowej. Silne kwasy z niską stałą dysocjacji, podczas transportu w obrębie ustroju łączą się z kationami - natomiast w nerce ulegaj zbuforowaniu przez amoniak, który w tym wypadku stanowi lokalnie działający układ :

NH3 + H⁺ NH4⁺

Im bardziej przesunięta jest równowaga tego układu w prawo, tym niższe pH. Amoniak powstaje w komórkach cewkowych zdolnych do wydalania jonu H⁺ z glutaminy przy udziale glutamina I i II i tworzy kationy NH₄₊, zdolne do zobojętnieni anionów silnych kwasów. W warunkach fizjologicznych ²/₃ - ¾ wszystkich jonów H⁺ ulega wydalaniu jako sprzężone z NH₃, podczas gdy resztę, tj. ¼ ^-1/₃ stanowi miareczkowa kwasowość moczu. Również w tym mechanizmie dochodzi do regeneracji ekwimolarnych ilości HCO_3-.

Zakwaszenie nerkowe i wydalanie potasu schematycznie przedstawiono sekrecję H⁺ w cewkach, regenerację i resorpcję HCO_3- oraz sekrecję potasu

Ocenę równowagi kwasowo-zasadowej przeprowadza się na podstawie pomiaru niektórych tylko parametrów tej równowagi, czyli pH i pCO₂ - tzw. badanie

gazometryczne krwi tętniczej. Dla określenia wydalania jonu wodorowego przez nerki oznacza się kwasowość miareczkową lub amoniak w moczu. W kwasicy metabolicznej następuje zwiększenie kwasowości miareczkowej i amoniaku w moczu. W kwasicy nerkowej kwasowość miareczkowa może być prawidłowa, natomiast stężenie amoniaku znacznie obniżone.

Wspomniane zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej powodują przemieszczanie się elektrolitów, a zwłaszcza potasu, który łatwo przechodzi przez błony komórkowe między przestrzeniami wodnymi. Po obniżeniu pH krwi dochodzi do zubożenia komórek w potas i wzrostu jego stężenia w płynie pozakomórkowym (hiperkaliemia), a przy zasadowicy mamy do czynienia ze zjawiskiem odwrotnym (hipokaliemia). Zmiany odczynu, zwłaszcza przestrzeni śródkomórkowej, wywierają wpływ na aktywność enzymów, zmieniając szybkość i kierunek różnych torów metabolicznych. W kwasicy dochodzi m.in. do wzmożonej glukoneogenezy i katabolizmu białek, zmniejszenia zużycia glukozy przez tkankę mózgową i zmniejszenia kurczliwości mięśnia sercowego, a także do zwiększonego wydalania z moczem m.in. sodu, wapnia i magnezu, zużywanych do zobojętniania wydalanych kwasów. Natomiast w zasadowicy następuje m.in. zwolnienie obrotów cyklu kwasu cytrynowego, zahamowanie glukoneogenezy i aktywacja glikolizy beztlenowej.

Zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej :

Do kwasicy dochodzi wskutek;

• zwiększonej produkcji jonów wodorowych w przebiegu przemiany materii

• zmniejszonego wydalania CO2 w płucach

• zwiększonego dowozu jonów H⁺ zmniejszonego wydalania przez nerki i utraty zasad, głównie w przewodzie pokarmowym.

Do zasadowicy dochodzi wskutek;

• zwiększonej utraty CO2 w płucach podczas hiperwentylacji

• utraty jonów wodorowych np. wskutek długotrwałych wymiotów i nadmiernej produkcji zasad ( np. zwiększona produkcja HC3- w cewkach nerkowych podczas niedoboru jonów K⁺ ).

W zależności od pierwotnego mechanizmu będziemy mówić o metabolicznej kwasicy lub zasadowicy oddechowej oraz nerkowej.

Kwasica metaboliczna powstaje wskutek nadprodukcji jonu wodorowego lub upośledzenia jego wydalania. Kryteriami rozpoznania są : zmniejszenie stężenia HCO_3-, obniżenie pH poniżej 7,34 oraz obniżenie pCO₂.

Kwasica metaboliczna występuje wskutek :

• zwiększonej produkcji stałych kwasów w postaci kwasicy ketonowej ( w cukrzycy, głodzi ), mleczanowej ( podczas ciężkiej pracy fizycznej, we wstrząsie, hipoksji oraz niektórych chorobach wątroby ) oraz nadmiernego przyspieszenia lub zwiększenia przemiany materii ( w gorączce, nadczynności tarczycy)

• zmniejszonego wydalania jonu wodorowego przez nerki ( ostra niewydolność nerek )

• utraty zasad ( dwuwęglanów przez nerki lun innymi drogami ).

Przykładem kwasicy metabolicznej jest kwasica ketonowa. Kompensacja odbywa się poprzez hiperwentylację oraz wydalanie H⁺ związanego z fosforanami i NH₃ przez nerki.

Kwasica oddechowa powstaje wskutek wzrostu pCO₂ lub H₂CO₃ w płynach tkankowych. Przyczynami są;

• zaburzenia wentylacji płuc

• zaburzenia w krążeniu płucnym

• środki hamujące anhyrazę węglanową.

Kompensacja odbywa się przez zwiększoną reabsorpcję dwuwęglanów w nerkach i zwiększone wydalanie H⁺ w cewkach nerkowych.

Zasadowica metaboliczna w zasadowicy metabolicznej pH ulega zwiększeniu powyżej 7,45, poziom węglanów - powyżej 25-28 mval.

Powstaje wskutek;

• zwiększonego dowozu Na+

• zwiększonej utraty CL- spowodowanej tratą soków jelitowych

• niedoboru K+ wewnątrz komórki przy wejściu do komórki H+

Kompensacja poprzez hipowentylację płuc oraz zwiększone wydalanie dwuwęglanów przez nerki.

Zasadowica oddechowa w zasadowicy oddechowej pH ulega zwiększeniu powyżej 7,45 .

Powstaje wskutek;

• hiperwentylacji psychogennej - powstający nadmiar OH^- wiąże zjonizowany wapń na Ca(OH) ₂, powodując zmniejszenie poziomu wapnia zjonizowanego we krwi z możliwością powstania tężyczki

• hiperwentylacji spowodowanej zaburzeniami płucnymi

• gorączki i wysokich temperatur otoczenia

• pobudzenia ośrodka oddechowego

Kompensacja odbywa się w nerkach, gdzie niskie pCO2 hamuje sekrecję H⁺ w cewkach nerkowych, wskutek czego zwiększa się wydalanie dwuwęglanów.

Gospodarka kwasowo-zasadowa ma decydujący wpływ na wszelkie procesy życiowe zachodzące w naszym organizmie. Z zachwianiem równowagi w gospodarce kwasowo-zasadowej i przesunięciem w stronę odczynu kwaśnego mamy dziś do czynienia coraz częściej, choćby ze względu na warunki życia i otaczające nas środowisko. Równowaga ta ulega dalszemu zachwianiu poprzez nadmierne spożycie produktów żywnościowych stymulujących wytwarzanie kwasów, takich jak np. mięso, tłuszcz, ser, jajka, a z używek alkoholu i nikotyny, kawy i czarnej herbaty.

---