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⁺. 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

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.

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.