RÓWNOWAGA KWASOWO-ZASADOWA

• to zależność między wytwarzanymi a wydalanymi kwasami i zasadami.

• 1909 - Sorensen - pojęcie pH, jako ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych, a pK jako ujemny logarytm stałej dysocjacji.

Jednym z najważniejszych praw fizjologicznych dotyczących żywego organizmu jest prawo zachowania stałości stężenia jonów wodorowych (izohydrii).

Omawiając stan równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie jako całości należy zawsze pamiętać, że stanowi on układ, w którym praktycznie obydwie przestrzenie: komórkowa i pozakomórkowa są od siebie zależne, wpływają na siebie, a zatem w warunkach prawidłowych są w stałej równowadze. Jeżeli do tego dodać, że płyn pozakomórkowy kontaktuje się w płucach z powietrzem pęcherzykowym, to należy przyjąć, że organizm stanowi układ otwarty, wykazujący równowagę pomiędzy komórką a płynem pozakomórkowym z jednej strony oraz pomiędzy płynem pozakomórkowym a powietrzem pęcherzykowym z drugiej.

Krew zatem jest w równowadze z komórkami i powietrzem pęcherzykowym. W prawidłowych warunkach, w wyniku przemiany materii, komórki wytwarzają CO₂ jako tzw. kwas lotny, jak również niewielkie w porównaniu z wytwarzaniem CO₂ ilości kwasów nielotnych (aminokwasy siarkowe-kwas siarkowy, fosfolipidy i fosfoproteiny - kwas fosforowy). Jony wodorowe kwasów nielotnych są buforowane przez jony wodorowęglanowe, zaś aniony kwasów nielotnych (siarczany, fosforany)-wydalane przez nerki. Nerki odbudowują zużyte wodorowęglany przez wchłanianie zwrotne. CO₂ wytwarzany w tkankach dzięki układowi otwartemu jest wydalany przez płuca.

Zmiana pH krwi może więc następować dwiema drogami: nieoddechową i oddechowa.

Z chwilą naruszenia rkz organizm reaguje w taki sposób, ażeby zmniejszyć skutki powstałego zaburzenia. Głównymi mechanizmami obronnymi są tu:

• układy buforowe - pierwsza i natychmiastowa „linia obrony” organizmu

• czynności układu oddechowego

• przemieszczanie jonów wodorowych pomiędzy przestrzeniami wodnymi organizmu

• czynności nerek

Bufor - jest to mieszanina słabego kwasu (HA) i sól tego kwasu (zasada buforowa, anion buforowy) (A^-) albo słabej zasady i jej kationu.

Buforowanie polega na wiązaniu nadmiaru jonów wodorowych przez aniony buforowe, lub jonów wodorotlenowych przez cząsteczkę kwasu:

H⁺ + A^- = HA

OH^- + HA = H₂O + A^-

W organizmie człowieka są cztery podstawowe układy buforujące:

• bufor wodorowęglanowy - kwas węglowy/wodorowęglany (NaHCO₃) - 55mmol/l

• bufor białczanowy - białko/białczany - 5 mmol/l

• bufor hemoglobinianowy - hemoglobina/oksyhemoglobina - 16 mmol/l

• bufor fosforanowy - fosforany jednozasadowe/ fosforany dwuzasadowe

Parametrem charakteryzującym bufor jest pojemność buforowa - jest to taka ilość silnego kwasu lub silnej zasady jaką należy dodać do buforu, aby zmienić stężenie jonów wodorowych o jedną jednostkę pH.

Zależy ona od:

• stężenia molarnego obu składników buforu

• stosunku stężeń zasad buforowych do kwasu; równe stężenia tych składników to maksymalna zdolność buforowania (pH = pK_A)

Wpływ oddychania na rkz - transport i wydalanie CO₂ (wentylacja pęcherzykowa), transport przez krew:

• przez fizycznie rozpuszczony CO₂ - eliminacja 5-10%

• uwodnienie CO₂ w krwince czerwonej, a następnie wiązaniu jonów wodorowych powstających z dysocjacji kwasu przez hemoglobinę (czyli niejako transport CO₂ w postaci jonów wodorowych) - eliminacja ok. 80%

• przez wiązanie CO₂ przez hemoglobinę w postaci karbaminianów - eliminacja 10-15%)

Rola nerek w utrzymaniu rkz - wydalanie , wchłanianie zwrotne, wytwarzanie (regeneracja) wodorowęglanów oraz wydalanie jonów wodorowych w postaci NH₄⁺ i H₂PO₄^-

• 1908 Henderson - równanie Hendersona_, spośród układów buforowych działających w płynie pozakomórkowym szczególne znaczenie ma układ : kwas węglowy/wodorowęglany. Jest to układ buforowy otwarty (powstaje z CO₂ powstającego w procesach dekarboksylacji zachodzących w każdej komórce i może łatwo wydalać się przez płuca), pojemność buforująca 55 mmol/l (25mEq/l)

CO₂ + H₂O = H₂CO₃ ( k₂ > k₁)

reakcja jest dwukierunkowa i katalizowana przez anhydrazę węglanową, jest to reakcja , która stanowi pierwszy krok do utworzenia układu buforującego. Na podstawie prawa działania mas liczba cząstek kwasu węglowego (n₁) powstająca w jednostce czasu z CO₂ i H₂O, jest proporcjonalna do iloczynu stężeń obu tych związków

n₁ = k₁ x cdCO₂ x cH₂O

a liczba cząsteczek kwasu węglowego (n₂) dysocjująca w jednostce czasu na CO₂ i H₂O, jest proporcjonalna do stężenia H₂CO₃

n₂ = k₂ x cH₂CO₃

Dla obydwu reakcji ustala się stan równowagi gdzie n₁ = n₂ , czyli

k₁ x cdCO₂ x cH₂O = k₂ x cH₂CO₃ stąd zaś:

k₁/k₂ = cH₂CO₃/cdCO₂ x cH₂O

Ponieważ w reakcjach chemicznych zasadniczą rolę odgrywa aktywność cząsteczek, a aktywność wody jest bliska 1, jak również z powodu , że stosunek dwóch stałych jest również wielkością stałą to:

K_CO2 = cH₂CO₃/cdCO₂ (∗)

Drugim krokiem jest reakcja dysocjacji:

H₂CO₃ = H⁺ + HCO₃^- ( k₂ > k₁)

Na podstawie prawa działania mas n₁=n₂ , czyli

k₁ x cH₂CO₃ = k₂ x cH⁺ x cHCO₃^-

k₁/k₂ = cH⁺ x cHCO₃^-/cH₂CO₃

K_H2CO3 = cH⁺ x cHCO₃^-/ cH₂CO₃ (∗∗)

Układ buforowy kwas węglowy/wodorowęglany zależy od obu wyżej wymienionych procesów: uwodnienia dwutlenku węgla i dysocjacji kwasu węglowego.

Z równań (∗) i (∗∗) otrzymujemy:

cH₂CO₃ = K_CO2 x cdCO₂

cH₂CO₃ = cH⁺ x cHCO₃^-/ K_H2CO3

K_CO2 x cdCO₂ = cH^- x cHCO₃^- / K_H2CO3

K_CO2 x K_H2CO3 = cH⁺ x cHCO₃^-/ cdCO₂

Iloczyn dwóch stałych jest wielkością stałą, więc:

cH⁺ = K x cdCO₂ / cHCO₃^- Jest to równanie Hendersona

• 1916 - Hasselbalch zlogarytmował równanie Hendersona:

log cH⁺ = log K + log cdCO₂ - log cHCO₃^- /x (-1)

- log cH⁺ = - log K - log cdCO₂ + log cHCO₃^- lub

pH = pK + log cHCO₃^- / P_CO2 x α

α - współczynnik rozpuszczalności Bunsena - liczba moli CO₂ jaka rozpuszcza się w 1 l w przeliczeniu na każde 0,133 kPa (1 mm Hg) ciśnienia cząstkowego tego gazu.

α = 0,03 mmol/l/1mm Hg

α = 0,226 mmol/l/1 kPa

pH= 6,1 + log cHCO₃^- / P_CO2 x 0.03

• pH środowiska zbuforowanego zależy od stosunku wartości licznika i mianownika równania Hendersona i Haselbalcha, a nie od bezwzględnego stężenia jonów wodorowęglanowych i wartości ciśnienia cząstkowego CO₂

• prawidłowej wartości pH (7,40) odpowiada jedna i tylko jedna wartość stosunku licznika i mianownika równania, a mianowicie 20 (log 20 = 1,3), co oznacza, że

stężenie jonów wodorowęglanowych przy pH = 7,4 jest 20 razy większe niż stężenie rozpuszczonego CO₂

• dla prawidłowych warunków, gdy nie ma zaburzenia rkz, stężenie HCO₃^- w osoczu krwi tętniczej powinno wynosić 24 ± 3,0 mmol/l, P_CO2 - 40 ± 5 mm Hg. W każdym innym przypadku nawet gdy pH jest prawidłowe istnieje zaburzenie równowagi kwasowo - zasadowej.

KWASICA NIEODDECHOWA

Przyczyny:

1. nadmierne nagromadzenie mocnych kwasów nielotnych albo tzw. kwasica nieoddechowa addycyjna

2. utrata zasad albo tzw. kwasica nieoddechowa subtrakcyjna

3. nierównomierne rozmieszczenie jonów wodorowych pomiędzy komórkami i płynem pozakomórkowym albo tzw. kwasica nieoddechowa dystrybucyjna

4. zatrzymanie jonów wodorowych w organizmie albo tzw. kwasica nieoddechowa retencyjna.

KWASICA NIEODDECHOWA ADDYCYJNA

Nagromadzenie mocnych kwasów nielotnych w organizmie może nastąpić w dwóch przypadkach:

- gdy gromadzenie ich wiąże się z nadmiernym wytwarzaniem przekraczającym możliwości ich metabolizmu lub wydalenia (pierwotne gromadzenie w komórce):

1. kwasica w przebiegu cukrzycy niewyrównanej lub w okresie głodzenia

W obu przypadkach brak dowozu glukozy do komórek wątroby powoduje brak zredukowanego NADPH₂, donatora jonów wodorowych, niezbędnych do syntezy kwasów tłuszczowych o wydłużonym łańcuchu. W tych warunkach z 2 cząsteczek acetylokoenzymu A tworzy się kwas acetooctowy, który ulegając uwodorowaniu przechodzi w kwas β-hydroksymasłowy, ulegając zaś dekarboksylacji - w aceton. Aceton nie wpływa na rkz, gdyż nie jest kwasem.

2. kwasica po nagromadzeniu kwasu mlekowego

Spotyka się ją przy niedotlenieniu tkanek albo nadmiernym metabolizmie tkankowym, któremu nie dorównuje dowóz tlenu, np. przy nadmiernym wysiłku fizycznym lub w niewydolności krążenia. W przemianie pośredniej glukozy z kwasu pirogronowego powstaje wówczas nadmiar kwasu mlekowego. Kwas ten może również nagromadzić się w przypadku niektórych wrodzonych wad metabolicznych: glikogenoza typu I, wrodzona kwasica mleczanowa, kwasica metylomalonowa.

- gdy dostaną się w nadmiernych ilościach z zewnątrz (pierwotne gromadzenie w płynie pozakomórkowym).

1. zatrucia mocnymi kwasami, salicylanami, po podaniu w celach diagnostycznych r-ru chlorku amonowego.

Z wyjątkiem kwasicy po podaniu chlorku amonowego (lub po wlewie kwasu solnego) wszystkie kwasice addycyjne przebiegają ze zwiększeniem stężenia anionów resztkowych (β-hydroksymaślan, acetooctan, mleczan, salicylan itp.) w odróżnieniu od kwasic nieoddechowych innego rodzaju, w których stężenie anionów resztkowych jest prawidłowe.

Korekcja kwasicy addycyjnej polega na zwiększeniu wydalania jonów wodorowych w moczu, któremu towarzyszy, jak wiadomo, wchłanianie zwrotne wodorowęglanów.

KWASICA NIEODDECHOWA SUBTRAKCYJNA

Ten rodzaj kwasicy polega na pierwotnej utracie zasad, a ściśle jonów wodorowęglanowych. Istnieją dwie drogi utraty jonów HCO₃^-:

1. przez przewód pokarmowy

2. przez nerki.

Droga nerkowa wiąże się z niezdolnością nerki do wydalania jonów wodorowych (retencja H⁺) - kwasice retencyjne.

Sok trzustkowy, żółć, sok jelitowy zawierają duże ilości jonów wodorowęglanowych. Przyczyną ich utraty mogą być biegunka, przetoki, a także wymioty przy braku kwasu solnego (achylia).

Korekcja kwasicy nieoddechowej subtrakcyjnej może polegać na zwiększeniu wydalania jonów wodorowych z moczem.

KWASICA NIEODDECHOWA DYSTRYBUCYJNA

Ten rodzaj kwasicy powstaje wskutek przesunięcia kwasów lub zasad pomiędzy przestrzenią pozakomórkową i komórkami w taki sposób, że w przestrzeni pozakomórkowej (a zatem we krwi) gromadzi się nadmiar jonów wodorowych lub ubywa jonów wodorowęglanowych, chociaż ogólna „pula” obydwu jonów w organizmie jako całości pozostaje bez zmian.

Kwasica nieoddechowa dystrybucyjna po szybkim podaniu dożylnym izotonicznego roztworu chlorku sodowego, glukozy, mannitolu - kwasica z rozcieńczenia.

Kwasica nieoddechowa dystrybucyjna spowodowana hiperkaliemią.

KWASICA NIEODDECHOWA RETENCYJNA

Dochodzi do niej wówczas, gdy wystąpi zahamowanie wydalania jonów wodorowych przez nerki. Może być ona pochodzenia nerkowego lub pozanerkowego.

Kwasica nieoddechowa retencyjna pochodzenia nerkowego może powstać wówczas, gdy wskutek znacznego uszkodzenia nerek zmniejszy się liczba czynnych nefronów albo gdy istnieje wada metaboliczna, określona jako kwasica kanalikowa.

W pierwszym przypadku niewydolność nerek powoduje mniejsze wytwarzanie amoniaku, zmniejszenie wydalania jonów wodorowych i zmniejszenie wchłaniania jonów wodorowęglanowych. Taki stan spotyka się w stadiach końcowych niektórych chorób nerek, zatrzymaniu czynności nerki, zatruciu metalami ciężkimi.

W kwasicach kanalikowych występuje natomiast wybiórcza niezdolność nerki do wydzielania do światła kanalika jonów wodorowych. Mogą wystąpić 2 rodzaje kwasicy kanalikowej: dystalna (niezdolność kanalika dalszego do wydalania jonów H⁺ w postaci kwaśności miareczkowej i amoniaku) i proksymalna (niezdolność do wchłaniania zwrotnego wodorowęglanów).

Kwasica nieoddechowa retencyjna pozanerkowa występuje na skutek:

1. zmniejszenia wydzielania mineralokortykoidów nadnerczowych, głównie aldosteronu

2. podawania leków moczopędnych hamujących aktywność anhydrazy węglanowej

KWASICA ODDECHOWA

Przyczyną jest zmniejszenie wentylacji płucnej spowodowane:

1. hamowaniem ośrodka oddechowego przez przedawkowanie środków narkotycznych, w przebiegu urazów czaszki, guzów mózgu

2. niedrożnością dróg oddechowych: ciała obce, skurcz oskrzelików, nadmierne wytwarzanie wydzieliny itp.

3. osłabieniem lub porażeniem mięśni oddechowych wskutek porażenia nerwów jak również znacznym zniekształceniem klatki piersiowej

4. zmniejszeniem powierzchni oddechowej płuc wskutek chorób (zapalenie płuc, rozedma itp.)

Kwasica oddechowa ostra

Wysokiemu ciśnieniu cząstkowemu CO₂ nie towarzyszy wyrównawcze kompensacyjne zwiększenie nadmiaru zasad. Jednakże stężenie jonó HCO₃^- zwiększa się.

Jeżeli zaburzenie oddychania trwa dłużej, występuje kompensacja nieoddechowa. W ten sposób powstaje stan określany jako kwasica oddechowa przewlekła.

W tym przypadku zbyt szybkie doprowadzenie pCO₂ do normy (respirator) spowoduje zasadowicę nieoddechową, gdyż pozostaje wówczas kompensacyjne zwiększenie stężenia jonów wodorowęglanowych.

ZASADOWICA NIEODDECHOWA

Można ją podzielić na 3 rodzaje:

1. addycyjną - spowodowaną nadmiernym gromadzeniem zasad

2. subtrakcyjną - spowodowaną utratą jonów wodorowych

3. dystrybucyjną - spowodowaną zmianą w przemieszczeniu jonów wodorowych

ZASADOWICA NIEODDECHOWA ADDYCYJNA

Najczęściej dochodzi do niej gdy podaje się dożylnie lub doustnie wodorowęglany, mleczany lub cytryniany w dużych ilościach. Może również wystąpić przy podawaniu dużych ilości mleka.

Spotyka się ją w przewlekłej kwasicy oddechowej, gdy pCO₂ ulegnie szybkiej normalizacji.

Zalicza się do nich również zasadowicę po zagęszczeniu płynu pozakomórkowego. Dzieje się tak gdy organizm traci tzw. wolną wodę, tzn. gdy wydalany jest mocz hipotoniczny.

ZASADOWICA NIEODDECHOWA SUBTRAKCYJNA

Polega na pierwotnej utracie jonów wodorowych.

Jedną z najczęstszych przyczyn jest utrata kwasu solnego na skutek wymiotów (zasadowica hipochloremiczna)

ZASADOWICA NIEODDECHOWA DYSTRYBUCYJNA

Spowodowana jest zmniejszeniem stężenia jonów potasowych (hipokaliemia) w płynie pozakomórkowym na skutek niedożywienia, stosowania środków przeczyszczających, leków moczopędnych itp.

ZASADOWICA ODDECHOWA

Powstaje gdy zwiększy się aktywność oddechowa, prowadząc do obniżenia pCO₂.

Zasadowica oddechowa ostra

Przyczyną jest pobudzenie ośrodka oddechowego, najczęściej wywołane czynnikiem emocjonalnym (niepokój, strach), ale także wskutek niedotlenienia tkanek, zatrucia salicylanami, zbyt intensywnego stosowania sztucznego oddychania.

Jeżeli utrata CO₂ trwa na tyle długo, aby nastapiła kompensacja nerkowa polegajaca na zwiększeniu wydalania wodorowęglanów przez nerkę, powstaje zasadowica oddechowa przewlekła. Często przyczyną takiej zasadowicy jest niedotlenienie tkanek, spowodowane przebywaniem na duzych wysokościach a także niedokrwistość.

ROLA NERKI W GOSPODARCE KWASOWO-ZASADOWEJ

Nerki są jedynym narządem zdolnym do aktywnej eliminacji jonów wodorowych w warunkach fizjologicznych i do regeneracji zmniejszonej pojemności buforowej płynów ustrojowych.

Rola nerek w gospodarce jonu H⁺ polega na:

1. resorpcji zwrotnej wodorowęglanów przesączonych w kłębuszkach nerkowych

2. regeneracji wodorowęglanów w procesie wytwarzania kwaśności miareczkowej i amoniogenezy.

Eliminacja wolnych jonów wodorowych (nie zbuforowanych przez fosforany lub amoniak) nie ma większego znaczenia gdyż ich dobowa ilość jest mniejsza niż 0,1 mmol/l.

Błona podstawna kłębuszków nerkowych jest zupełnie przepuszczalna dla anionów HCO₃^-. Muszą więc one ulec resorpcji zwrotnej, w przeciwnym wypadku ich dzienna utrata wynosiłaby ok. 3600 mmol, co doprowadziłoby w ciągu kilku godzin do nieuchronnej śmierci.

Resorpcja zwrotna przesączonych wodorowęglanów zachodzi dzięki wydzielaniu jonów H⁺ z komórek kanalikowych do światła kanalika. Jon H⁺ łącząc się z anionem wodorowęglanowym, tworzy kwas węglowy, rozpadający się do H₂O i CO₂. Na miejsce wydzielonych do światła kanalików jonów H⁺ do komórek wchodzi jon Na⁺, przenoszony dalej do krwi jako NaHCO₃.

Kwaśność miareczkowa moczu

Z moczem wydalane jest wiele substancji o właściwościach buforujących. Ich obecność w moczu umożliwia wydalanie jonów wodorowych, mimo występowania względnie niskiego gradientu stężenia jonów wodorowych pomiędzy światłem kanalików a wnętrzem komórek cewek nerkowych.

Należą do nich:

• w warunkach fizjologicznych:

• fosforany dwuzasadowe (pK=6,8)

• kreatynina (pK=4,97)

• kwas moczowy (pK=5,75)

• w stanach patologii:

• ketokwasy (np. kwas β-hydroksymasłowy).

Ze względu na łączną ilość fosforanów wydalanych z moczem w ciągu doby (ok. 30-50 mmol/l) oraz wartość pK dwufosforanów, stanowią one najważniejszy układ buforowy w moczu w stanie fizjologii.

Ilość jonów wodorowych wydalanych z moczem w postaci H₂PO₄^2- lub innych słabych kwasów stanowi tzw. kwaśność miareczkową moczu. Oznacza się ją poprzez miareczkowanie dobowej ilości moczu ługiem do pH 7,40. W warunkach fizjologicznych człowiek wydala ok. 0,3 mmol H⁺/kg m.c./dobę w postaci kwaśności miareczkowej.

Wartość ta może wzrosnąć do 150 mmol/d lub więcej u chorych z kwasicą ketonową.

Amoniogeneza

Eliminacja jonów H⁺ dzięki amoniogenezie zachodzi jedynie w obecności glutaminy. Glutamina ulega deamidacji, a następnie dezaminacji tlenowej pod wpływem glutaminazy I i degydrogenazy glutaminianowej tworząc amoniak. Transport powstałego amoniaku do światła kanalika odbywa się zgodnie z gradientem stężeń i jest procesem czysto fizycznym.

W świetle kanalika amoniak łączy się z jonem H⁺ aktywnie wydzielanym przez komórki tworząc jon amonowy, dla którego błony komórkowe są nieprzepuszczalne.

Amoniogeneza wzmaga się w stanach kwasicy i wydalania moczu o niskim pH.

U podstaw resorpcji zwrotnej wodorowęglanów oraz procesów wytwarzania kwaśności miareczkowej i amoniogenezy leży aktywne wydzielanie jonów wodorowych, skojarzone z resorpcją zwrotną Na⁺. Biorąc pod uwagę, iż ilość resorbowanych zwrotnie wodorowęglanów wynosi 3600 mmol/d a suma kwaśności miareczkowej i amoniaku - 70 mmol/d, można obliczyć że 98 % wydzielonych jonów H⁺ zostaje zużyte na odzyskanie przesączonych wodorowęglanów, a jedynie 2 % na regenerację zasad utraconych na skutek wytwarzania nielotnych kwasów.

Miejsce wydzielania H⁺ w nefronie

Aktywny transport jonów H⁺ do światła kanalików nerkowych ma miejsce zarówno w kanaliku bliższym jak i dalszym.

Dla zaistnienia tego procesu niezbędna jest obecność enzymu - anhydrazy węglanowej (AW). Anhydraza węglanowa kanalika bliższego znajduje się w rąbku szczoteczkowym luminalnej powierzchni komórek, W kanalikach dalszych aktywność tego enzymu jest mniejsza i umiejscowiona na powierzchni bocznopodstawnej komórek.

Anhydraza węglanowa katalizuje reakcję uwodnienia CO₂ do H₂CO₃, rozpadającego się na H⁺ i HCO₃^-. Anhydraza węglanowa przyspiesza tę reakcję około 10000 razy.

Duża aktywność AW na luminalnej powierzchni kanalika bliższego sprawia, że nawet przy bardzo intensywnym wydzielaniu H⁺ powstający w świetle kanalika H₂CO₃ jest natychmiast rozkładany do H₂O i CO₂.

Regulacja wydalania jonów H⁺

Wydalanie jonów H⁺ przez nerki jest regulowane przez:

1. zmiany w ukrwieniu nerek

2. stężenie jonów H⁺ we krwi dopływającej do nerek

3. ziamy stężenia jonów K⁺ w osoczu.

Ad. a)

Spadek ukrwienia nerek wywołany hipowolemią pobudza resorpcję sodu w kanalikach nerkowych. W przesączu kłębuszkowych stężenie Na⁺ wynosi ok. 140 mmol/l natomiast Cl^- - 115 mmol/l. Wynika z tego, że 115 mmol/l jonów Na⁺ może ulec resorpcji jako NaCl (błony komórkowe kanalików nerkowych są przepuszczalne dla Cl^-). W stanach hipowolemii wydalanie Na z moczem spada do wartości 1-5 mmol/l, co oznacza, że 25 mmol/l jonów Na⁺ musi ulec resorpcji wskutek działania mechanizmu wymiany na jony K⁺ i H⁺. Wymiana ta jest pobudzana przez aldosteron, którego wydzielanie znacznie wzrasta w hipowolemii.

Ponieważ wydalanie jonów H⁺ do płynu kanalikowego jest nierozerwalnie związane z wytwarzaniem jonów HCO₃^- przenikających do krwim łatwo można wyjaśnić mechanizm powstawania zasadowicy u chorych z hipowolemią.

Zmniejszenie wydalania jonów H⁺ przez nerki poprzez podawanie pacjentom jonów Cl^- warunkuje korekcję istniejącej zasadowicy nieoddechowej.

Ad. b)

Wzrost stężenia jonów H⁺ we krwi (kwasica) zwiększa ich wydalanie przez nerki, podczas gdy zasadowica wywołuje działanie odwrotne.

W kwasicy metabolicznej zwiększone stężenie jonów H⁺ stwierdza się zarówno w płynie pozakomórkowym jak i wewnątrzkomórkowym, co ułatwia przenikanie tych jonów do wnętrza kanalika, gdzie jony H⁺ ulegają związaniu przez HPO₄^2- i amoniak.

W zasadowicy metabolicznej wydalanie jonów H⁺ maleje, równocześnie zwiększa się wydalanie jonów HCO₃^- . Jeżeli zasadowicy towarzyszy hipowolemia, wydalanie jonów H⁺ nie tylko nie maleje, ale nawet się zwiększa. Zjawisko to jest spowodowane zatrzymywanie sodu „za wszelką cenę” w celu przywrócenia normowolemii.

W kwasicy oddechowej wywołanej zwiększeniem pCO₂ krwi wzmaga się nerkowe wydalanie jonów H⁺, głównie w postaci jonu NH₄⁺.

W zasadowicy oddechowej obserwuje się zmniejszenie amoniogenezy oraz wzrost wydalania jonów HCO₃^- (spowodowany spadkiem resorpcji tych jonów w kanalikach).

Ad. c)

Istnieje ujemna korelacja pomiędzy stężeniem potasu w osoczu a resorpcją jonów HCO₃^- w kanalikach. Hiperkalemia zmniejsza a hipokalemia zwiększa resorpcję jonów HCO₃^-.

W hipokalemii jony K⁺ przenikają do przestrzeni pozakomórkowej. Prawo elektroobojętności zostaje zachowane dzięki wnikaniu do wnętrza jonów H⁺ i Na⁺. Ruch wymienionych jonów jest przyczyną kwasicy wewnątrzkomórkowej i zasadowicy pozakomórkowej. Kwasica wewnątrzkomórkowa jest przyczyną zwiększenia wydalania jonów H⁺ do płynu kanalikowego

W hiperkalemii spada wydalanie jonów wodorowych przez kanaliki nerkowe z powodu zmniejszenia stężenia H⁺ w komórkach kanalików.

MECHANIZMY KOMPENSACYJNE

Zadaniem mechanizmów kompensacyjnych jest zminimalizowanie zmian w stężeniu jonów H⁺.

• Kwasica metaboliczna

Zaburzenie charakteryzuje się spadkiem stęż. jonów HCO₃^- prowadzącym do wzrostu wartości ułamka pCO₂/HCO₃^- i w ten sposób podwyższenia stęż. jonów wodorowych zgodnie z równaniem:

[H⁺] = 24 x (pCO₂/[HCO₃^-])

Spadek pH stymuluje centralne i obwodowe chemoreceptory kontrolujące proces oddychania prowadząc do wzrostu wentylacji pęcherzykowej. Wzrost wentylacji cechuje się większym wzrostem objętości oddechowej niż ilości oddechów i w przypadku poważnej kwasicy osiąga max. 30 L/min (norma: 5-6 L/min) (oddech Kussmaul'a).

Mechanizm kompensacyjny związany jest z redukcją pCO₂.

Uogólniając, efektem kompensacji oddechowej jest spadek pCO₂ o 1,2 mmHg na każdy
1 mmol/l spadku w stęż. HCO₃^-, aż do uzyskania minimalnego pCO₂ rzędu 10-15 mmHg.

Przykład:

W efekcie nagromadzenia kwasów nastąpił spadek stęż. HCO₃^- do 9 mmol/l., więc:

Spadek [HCO₃^-] wynosi: 24 (norma) - 9 = 15 mmol/l

Spadek pCO₂ powinien wynosić: 15 x 1,2 = 18 mmHg

Wartość zmierzonego pCO₂ winna wynosić: 40 (norma) - 18 = 22 mmHg

Równanie Winters'a

W celu określenia zakresu oczekiwanego pCO₂ w kompensacji oddechowej można zastosować równanie Winters'a:

pCO₂ = (1,5 x [HCO₃^-]) + 8 ± 2

Dla powyższego przykładu zakres pCO₂ wyliczony z równania powinien wynosić:

(1,5 x 9) + 8 ± 2 = zakres (20 - 24)

Inny sposób:

W kwasicy metabolicznej wartość pCO₂ po kompensacji jest w przybliżeniu równa ostatnim dwóm cyfrom wartości pH, np. dla pH = 7,24 wartość pCO₂ jest równa 24 mmHg.

• Kwasica oddechowa

Zaburzenie charakteryzuje się wzrostem pCO₂ prowadzącym do wzrostu wartości ułamka pCO₂/HCO₃^- i w ten sposób podwyższenia stęż. jonów wodorowych zgodnie z równaniem:

[H⁺] = 24 x (pCO₂/[HCO₃^-])

Wzrost pCO₂ jest efektem spadku wentylacji pęcherzykowej.

Mechanizm kompensacyjny związany jest ze wzrostem HCO₃^- na skutek:

• szybkiego buforowania komórkoweg

• wzrostu wydalania kwasu.

Ponieważ te mechanizmy działają w różnym czasie możliwe jest rozróżnienie zaburzeń ostrych od przewleklych.

Ostra kwasica oddechowa

Buforowanie komórkowe ma miejsce w ciągu kilku minut od wystąpienia kwasicy oddechowej.

Wzrost pCO prowadzi do wzrostu stężenia kwasu węglowego, który nie może być buforowany przez HCO₃^- w płynie zewnątrzkomórkowym. W tych warunkach kwas węglowy jest buforowany przez bufory wewnątrzkomórkowe (w ograniczonym zakresie): bufor hemoglobinianowy i białczanowy.

H₂CO₃ + Hb^- HHb + HCO₃^-

W efekcie powyższego mechanizmu na każde 10 mmHg wzrostu pCO₂ spadek w stęż. HCO₃^- wynosi 1 mmol/l.

Przewlekła kwasica oddechowa

Długotrwały wzrost pCO₂ prowadzi do uruchomienia kompensacji nerkowej i wydalania jonów H⁺ w postaci kwaśności miareczkowej i amoniaku, regenerując w ten sposób wodorowęglany.

Proces ten trwa 3-5 dni dając w efekcie nowy stan równowagi, w którym na każde 10 mmHg wzrostu pCO₂ stężenie HCO₃^- wzrasta o 3,5 mmol/l.

Przykłady

1) pCO₂ wzrosło nagle do 80 mmHg:

zmiana pCO₂ - 80 - 40 = 40 mmHg

wzrost [HCO₃^-] - 40/10 x 1 = 4 mmol/l

stęż. zmierzone [HCO₃^-] - 24 + 4 = 28 mmol/l

pH = 6,1 + log(28/0,03x80) = 7,17

2) pCO₂ wzrosło przewlekle do 80 mmHg:

zmiana pCO₂ - 80 - 40 = 40 mmHg

wzrost [HCO₃^-] - 40/10 x 3,5 = 14 mmol/l

stęż. zmierzone [HCO₃^-] - 24 + 14 = 38 mmol/l

pH = 6,1 + log(38/0,03x80) = 7,30

Kompensacja nerkowa w przebiegu zaburzeń przewlekłych daje lepszą ochronę wartości pH niż oddechowa w ostrych.

Przewlekła kwasica oddechowa występuje często u pacjentów z POChP. Pacjenci tolerują wartości pCO₂ rzędu 90-110 mmHg i nie mają istotnych zaburzeń w zakresie pH dzięki kompensacji nerkowej.

• Zasadowica metaboliczna

Zaburzenie charakteryzuje się wzrostem [HCO₃^-] prowadzącym do spadku wartości ułamka pCO₂/HCO₃^- i w ten sposób spadku stęż. jonów wodorowych zgodnie z równaniem:

[H⁺] = 24 x (pCO₂/[HCO₃^-])

W odpowiedzi na spadek stęż. H⁺ i wzrost pH organizm odpowiada próbą zwiększenia pCO₂ poprzez spadek wentylacji.

Kompensacja oddechowa (spadek wielkości wentylacji i objętości oddechowej) następuje szybko.

pCO₂ wzrasta średnio o 0,7 mmHg na każdy 1 mmol/l wzrostu [HCO₃^-].

Przykład:

gdy: [HCO₃^-] - 34 mmol/l

wzrost [HCO₃^-] - 34 - 24 = 10 mmol/l

wzrost pCO₂ - 0,7 x 10 = 7 mmHg

oczekiwane pCO₂ - 40 + 7 = 47 mmHg

• Zasadowica oddechowa

Zaburzenie charakteryzuje się spadkiem pCO₂ prowadzącym do spadku wartości ułamka pCO₂/HCO₃^- i w ten sposób spadku stęż. jonów wodorowych zgodnie z równaniem:

[H⁺] = 24 x (pCO₂/[HCO₃^-])

W odpowiedzi na spadek stęż. H⁺ i wzrost pH organizm odpowiada próbą obniżenia [HCO₃^-] poprzez:

• szybkie buforowanie komórkowe

• spadek wydalania kwasu.

Ponieważ te mechanizmy działają w różnym czasie możliwe jest rozróżnienie zaburzeń ostrych od przewlekłych.

Ostra zasadowica oddechowa

Około 10 minut po wystąpieniu zasadowicy oddechowej jony H⁺ przechodzą z komórek do przestrzeni zewnątrzkomórkowej łącząc się z HCO₃^- :

H⁺ + HCO₃^- H₂CO₃

Jony H⁺ pochodzą głównie z układów buforowych wewnątrzkomórkowych: hemoglobinianowego, białczanowego i fosforanowego.

Na każde 10 mmHg spadku pCO₂ występuje spadek o 2 mmol/l w stężeniu HCO₃^-.

Przykład:

Jeśli pCO₂ obniżyło się do 20 mmHg to:

zmiana pCO₂ - 40 - 20 = 20 mmHg

spadek HCO₃^- - 20/10 x 2 = 4 mmol/l

oczekiwane [HCO₃^-] - 20 mmol/l

pH = 6,1 + log (20/0,03x20) = 7,63

Przewlekła alkaloza oddechowa

Jeśli zasadowica trwa dłużej niż 2-6 godz. nerki obniżają wydalanie kwasu w mechanizmie amoniogenezy i kwaśności miareczkowej i obserwuje się spadek reabsorpcji HCO₃^-.

Nowy stan równowagi osiągany jest po 2-3 dniach.

Kompensacja nerkowa powoduje spadek [HCO₃^-] o 4 mmol/l na każde 10 mmHg spadku w pCO₂.

Przykład:

Jeśli pCO₂ obniżyło się do 20 mmHg to:

zmiana pCO₂ - 40 - 20 = 20 mmHg

spadek HCO₃^- - 20/10 x 4 = 8 mmol/l

oczekiwane [HCO₃^-] - 16 mmol/l

pH = 6,1 + log (16/0,03x20) = 7,53

Podsumowanie

1. Kompensacja nigdy nie przywraca wartości pH do normy.

2. Podstawą kompensacji jest utrzymanie właściwej wartości stosunku [HCO3-]/pCO₂.

3. Kierunek zmiany kompensacyjnej jest zawsze taki sam jak pierwotnej.

4. W zaburzeniach oddechowych kompensacja ma character dwufazowy: buforowanie komórkowe (szybkie) I kompensacja nerkowa (wolna)

5. Kompensacja w zaburzeniach metabolicznych polega wyłącznie na zmianie wentylacji pęcherzykowej.

Zaburzenie	Zmiana pierwotna	Zmiana kompensacyjna	Mechanizm kompensacyjny	Oczekiwana wartość kompensacji
Kwasica metaboliczna	↓HCO3-	↓PCO2	Hiperwentylacja	pCO2 = (1,5 × [HCO3^-]) + 8 ± 2
								↓pCO2 = 1,2 ×∆ [HCO3^-]
								pCO2 = ostatnie 2 cyfry pH
				Zasadowica metaboliczna	↑HCO3-	↑PCO2	Hipowentylacja	pCO2 = (0,9 × [HCO3^-]) + 16 ± 2
								↑pCO2 = 0,7 × ∆ [HCO3^-]
Kwasica oddechowa	↑PCO2	↑HCO3-
Ostra			Buforowanie wewnątrzkomórkowe	↑[HCO3^-] = 1 mmol/L na każde 10 mm Hg ∆pCO2
Przewlekła			Regeneracja HCO3^- w procesie amoniogenezy.	↑[HCO3^-] = 3.5 mmol/L na każde 10 mm Hg ∆pCO2
Respiratory Alkalosis	↓PCO2	↓HCO3-
Acute			Buforowanie wewnątrzkomórkowe	↓[HCO3^-] = 2 mmol/L na każde 10 mm Hg ∆pCO2
Chronic			Spadek reabsorpcji HCO3^-, spadek wydalania amoniaku	↓[HCO3^-] = 4 mmol/L na każde 10 mm Hg ∆pCO2

Także: w ostrej kwasicy oddechowej, ↓pH = 0,008 × ∆ pCO₂
w przewlekłej kwasicy oddechowej, ↓pH = 0,003 × ∆ pCO₂.

Badania równowagi kwasowo - zasadowej i elektrolitów - problemy przedanalityczne

Badania RKZ wykonujemy we krwi pełnej. Zalecanym materiałem jest krew pobrana z nieuciśniętego dużego naczynia tętniczego np. tętnicy promieniowej, udowej do gazoszczelnej strzykawki zawierającej heparynę litowa (5-10 U/ml).

Dopuszczalne jest również pobranie arterializowanej krwi włośniczkowej z opuszki palca, płatka usznego, pięty (niemowlęta) do heparynizowanej kapilary o pojemności 50 - 200 ၭl.

Pobieranie krwi włośniczkowej

• Nakłucie powinno być dokonane na ok. 2 - 3 mm. Pierwszą pojawiającą się kroplę należy zetrzeć. Palca nie należy uciskać, krew powinna swobodnie napływać do podstawionej heparynizowanej kapilary.

• Kapilara powiniena dotykać bezpośrednio miejsca nacięcia.

• Należy napełnić kilka kapilar, po pobraniu kapilary należy zamknąć z obu stron

• W czasie pobierania należy ograniczyć do minimum czas kontaktu krwi z powietrzem.

Arterializacja

Zasada arterializacji obwodowego włośniczkowego łożyska naczyniowego:

• Przy użyciu środków fizycznych lub chemicznych należy wywołać miejscowe przekrwienie

• Spowoduje to 20 - 30 krotny wzrost włośniczkowego przepływu w tkance

• Dzięki temu wartości pH/pCO₂/pO₂ po stronie żylnej będą bardzo podobne do wartości po stronie tętniczej.

Pobieranie krwi z cewnika

U pcjentów posiadających stałe dojście do tętnicy krew pobiera się bezpośrednio z cewnika.

Cewnik jest przemywany wolno przepływającym roztworem heparyny w soli fizjologicznej by nie dopuścić do wykrzepiania się krwi.

Przed pobraniem właściwej próbki cewnik należy przepłukać krwią.

Próbkę należy pobierać powoli, by nie spowodować ujemnego ciśnienia w układzie naczyniowym oraz hemolizy.

Mikrosampler

• Przykład urządzenia do pobierania krwi tętniczej.

• Ułatwia pobieranie krwi, umożliwia eliminację większości klasycznych problemów związanych

• ze stosowaniem układu strzykawka/igła.

• Metoda jest mniej urazowa i mniej podatna na błędy.

• Eliminuje problem kontaktu z powietrzem atmosferycznym.

U pacjentów w trakcie wentylacji wspomaganej lub kontrolowananej należy wstrzymać się z pobraniem materiału na ok. 20 minut po:

• włączeniu oddychania wspomaganego

• zmianach w ustawieniu parametrów urządzenia wentylującego lub dawkującego tlen

Ze względu na zachodzące we krwi przemiany metaboliczne krew powinna być natychmiast schłodzona i szybko dostarczona do laboratorium.

Strzykawka powinna być umieszczona w łaźni lodowej, a analiza powinna być wykonana w ciągu 1 godz.

Krew kapilarna należy poddać analizie w ciągu 15-30 minut.

Oznaczenie powinno być wykonywane w temperaturze ciała pacjenta

Antykoagulantem z wyboru jest heparyna, dostępna w postaci:

Suchej - napylona na powierzchnię strzykawki lub kapilary. Wśród suchych najbardziej wartościowa jest liofilizowana, buforowana heparyna litowa, która ma najlepszą rozpuszczalność, aktywność antykoagulacyjną i nie zmienia pH i innych najważniejszych parametrów próbki

W formie roztworu - płynna heparyna szybko miesza się z krwią. Jej obecność w strzykawce może prowadzić do błędów spowodowanych rozcieńczeniem w przypadku zbyt małej ilości pobranej krwi

Jednoczesny pomiar elektolitów i RKZ

W przypadku analizatorów w których wykonuje się pomiary parametrów RKZ i elektrolitów należy pamiętać o ograniczeniach względem rodzaju soli heparyny, oraz o chelatowaniu wapnia przez heparynę niebuforowaną.

Stosowanie strzykawek przeznaczonych do określnych badań gwarantuje odpowiednią jakość ateriału.

Przyczyny błędów w badanu parametrów RKZ

Błędy przed analityczne:

• Bąble powietrza

• Zbyt długi transport

• Skrzep

• Za mała obj. materiału

• Rozcieńczenie antykoagulantem

Błędy analityczne:

• Błędy w kalibracji

• Niestabilność temperatury elektrody pomiarowej

• Nieprawidłowy materiał użyty do pomiaru

• Zanieczyszczenie elektrody pomiarowej (kontaminacja białek)

Około 60% błędów w oznaczeniach parametrów równowagi kwasowo-zasadowej są to błędy przedlaboratoryjne. Wiekszości z nich można uniknąć

Błędy w oznaczaniku potasu

pseudohypokalemia - wlew dożylny, czasami występuje u pacjenów z białaczką - WBC > 100 000/µl

pseudohyperkalemia - wlew dożylny, użycie potasowegoEDTA, trudości z pobraniem krwi ,hemoliza , opóźnienie w oddzieleniu krwinek od surowicy/osocza, znaczna trombocytoza- płytki > 1 000 000 /µl

---