Stężenie jonów wodorowych u zdrowego człowieka utrzymywane jest w ściśle określonym wąskim zakresie.

Głównym źródłem powstawania jonów wodorowych w organizmie jest metabolizm komórkowy, w wyniku którego w mitochondriach powstaje CO₂ w ilościach ok. 18mol/dobę. Dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie wytwarzając kwas węglowy, który dysocjuje zgodnie z równaniem reakcji :

CO₂ + H₂O = H₂CO₃ = H⁺ + HCO₃^-

W organizmie zachodzi równowaga pomiędzy CO₂ a HCO₃^-.

Jeżeli ilość wydalonego CO₂ jest mniejsza od ilości wytworzonej to równowaga reakcji przesuwa się w prawo a wtedy dochodzi do zakwaszenia ustroju z powodu zwiększonej ilości H⁺.

Drugim źródłem jonów H⁺ są kwasy nielotne (inne niż węglowy) powstające w ilości ok. 70 mmol/dobę w wyniku

• przemian aminokwasów siarkowych (utlenianie grup -SH metioniny i cysteiny - kwas siarkowy)

• hydrolizy fosfoestrów (kwas fosforowy)

• katabolizmu kwasów nukleinowych (kwas moczowy)

Jony wodorowe powstają również przy

• niecałkowitym utlenianiu - glikoliza (kwas mlekowy i pirogronowy)

• powstawaniu ketokwasów ( np. kwas acetooctowy)

• kostnieniu i wzroście tkanek miękkich

Jednak w tym przypadku nie można mówić o kwasach nielotnych, bo kwasy te ulegają dalszym przemianom (glukoneogeneza z mleczanu, redukcja ketokwasów)

Jony wodorowe wiązane są w ustroju przy pomocy buforów. Nie oznacza to jednak, że są przez nie z organizmu usuwane.

Bufor składa się ze słabego kwasu i jego anionu (soli) (lub też słabej zasady i ich soli).

Jego pojemność buforowa jest największa wtedy, gdy jego pK jest równe pH środowiska, w którym działa.

Bufor wodorowęglanowy składa się z kwasu węglowego o pK 6,1 i [HCO₃^-]. Dla ułatwienia pomiarów przyjmuje się, że bufor ten dość wiernie może być przedstawiony w układzie pCO₂/[HCO₃^-]. Różnica pomiędzy pH krwi 7,40 a pK 6,1 byłaby na tyle istotna, że pozornie bufor taki nie miałby praktycznego znaczenia w ustroju. CO₂ jest jednak gazem lotnym, i jako taki może być swobodnie usuwany z organizmu przez płuca. Jego nadmiar w układzie otwartym (organizm funkcjonujący w atmosferze o stałym pCO₂) nie powoduje nadmiernego zużycia zasad co miałoby miejsce w układzie zamkniętym (niefizjologicznym). Stąd pojemność buforowa buforu wodorowęglanowego jest kilka razy większa i odpowiada za 50-75% całkowitej pojemności buforowej organizmu.

Większość CO₂ jest przenoszona przez krew jako HCO₃^- i formy karbaminianowe białek. Nieznaczna część w postaci rozpuszczonej również jako H₂CO₃.

Działanie buforu opisuje równanie Hendersona-Hasselbalcha :

[HCO₃^-].

pH = pK + log------------

 pCO₂

W równaniu występują 3 niewiadome. Dość łatwo jest zmierzyć pH i pCO₂ a trudno [HCO₃^-]. Dlatego wodorowęglany prościej jest z równania wyliczać.

pH w równaniu jest wypadkową zaburzeń metabolicznych (nieoddechowych) reprezentowanych przez [HCO₃^-] jako komponent metaboliczny i zaburzeń oddechowych reprezentowanych przez komponent oddechowy pCO₂.

Bufor hemoglobinianowy składa się z Hb i Hb utlenowanej albo inaczej Hb i hemoglobinianu potasu. Odpowiada za ok. 15- 35% całkowitej pojemności buforowej krwi. Hemoglobina utlenowana jest silniejszym kwasem od Hb a zgodnie z teorią Bronsteada może uwalniać jony H⁺. Główne grupy buforujące to grupy imidazolowe histydyny ulegające dysocjacji (spadek pK) pod wpływem przyłączenia cząsteczki tlenu do żelaza. Wzrost pO₂ powoduje powstawanie oksyhemoglobiny, która uwalnia jony H⁺ a niska wartość pO₂ sprzyja oddysocjowaniu tlenu i wiązaniu jonów wodorowych. Również zmiana stężenia H⁺ wpływają na proces łączenia się Hb z tlenem. (efekt Bohra)

Bufor białczanowy odpowiada za ok. 18% całkowitej pojemności buforowej organizmu.

Białka a głównie albuminy jako związki amfoteryczne mogą uwalniać lub wiązać H⁺ przeważnie przez histydynę, ale ich punkt izoelektryczny wynosi ok. 6,1 więc najczęściej zachowują się jak kwasy.

Bufor fosforanowy Znaczenie układu HPO₄^--/H₂PO₄^- jest niewielkie (ok. 5%) w układzie otwartym natomiast jest to bufor o 30% znaczeniu w układzie zamkniętym.

Fosforany pełnią istotną rolę w usuwaniu jonów H⁺ w nerkach.

W układzie zamkniętym ważną rolę odgrywa też hydroksyapatyt w kościach.

Buforowanie jonów wodorowych zwiększa tworzenie i wydalanie CO₂.

Podobnie dzieje się przy nadmiarze wodorowęglanów w ustroju.

Buforowanie zwiększonej ilości CO₂ powoduje wzrost stężenia wodorowęglanów.

Utrata CO₂ powoduje spadek stężenia HCO3^-.

Nadmiar jonów wodorowych może być usunięty przez płuca (w postaci CO₂) albo przez nerki poprzez resorpcję zwrotną [HCO₃^-] lub odtwarzanie wodorowęglanów w procesie kwaśności miareczkowej i amoniogenezy.

Układ oddechowy kontroluje pCO₂ zmieniając tempo wentylacji i wydalania CO₂

I może zareagować już po kilku minutach od wystąpienia zaburzeń.

(produkcja CO₂ 18000mol/1440min = 12,5mmol/min)

Jeżeli ten mechanizm nie wystarcza do wyrównania pH, czynności regulacyjne podejmują nerki włączając się do kompensacji po kilku godzinach. Pełną sprawność nerki uzyskują po kilku dniach.

Nerki regulują stężenie H⁺ i zasoby wodorowęglanów w ustroju jako komponentu metabolicznego poprzez

• wchłanianie zwrotne wodorowęglanów

• wydalanie nadmiaru HCO₃^-

• odtwarzanie HCO₃^-

1. w procesie amoniogenezy (usuwanie H⁺ w postaci NH₄ ⁺)

2. kwaśności miareczkowej (usuwanie H⁺ w postaci H₂PO₄^-)

Ubytek wodorowęglanów, jaki następuje przy zobojętnianiu wyłącznie nielotnych kwasów nerki odtwarzają a usuwają do moczu odpowiednią ilość H⁺ związaną z amoniakiem i fosforanami a trochę z kreatyniną i kwasem moczowym.

• Utrzymanie stałego pH w stanach patologicznych wymaga regulacji stężenia H⁺ i HCO₃^- za pomocą częściowej lub całkowitej kompensacji.

Obniżenie pH poniżej 6,9 lub wzrost powyżej 7,7 powoduje nieodwracalne załamanie się metabolizmu komórek.

pH krwi jest wypadkową komponenty oddechowej, jaką stanowi pCO₂ i komponenty metabolicznej [HCO₃^-]. Mierzona jest różnica potencjałów pomiędzy krwią lub osoczem a roztworem wzorcowym o ściśle określonym składzie charakteryzującym się określonym pH przy użyciu odpowiedniej elektrody szklanej. Norma 7,35-7,45

Pomiar pCO₂ możliwy jest w wyniku liniowej zależności pomiędzy pH a log pCO₂. Badaną krew dzielimy na 3 próbki, z czego dwie pierwsze poddajemy działaniu odpowiednio niskiego i wysokiego pCO₂ np. 33 i 66mmHg. Otrzymane wartości pH dla tych próbek nanosimy na wykres a następnie odczytujemy z niego odpowiednią wartość pCO₂ dla próbki badanej po zmierzeniu jej pH. Norma 35-45 mmHg.

TCO₂ jest to całkowita zawartość CO₂ w osoczu, na którą składają się wodorowęglany i CO₂ rozpuszczony fizycznie w osoczu.

[HCO₃^-] act. (AB) jest parametrem określającym stężenie wodorowęglanów we krwi pobranej bez dostępu powietrza. Chociaż jest to parametr będący przede wszystkim komponentem metabolicznym zaburzeń to jednak jest on zależny również od zaburzeń oddechowych ( przy wzroście pCO₂ dochodzi do zwiększenia stężenia kwasu węglowego i jego dysocjacji). Norma 21-27 mmol/l

Można pozbyć się wpływu zaburzeń oddechowych na ten parametr określając [HCO₃^-] standardowe (SB). Jest to stężenie wodorowęglanów zmierzone przy wysyceniu próbki badanej CO₂ o ciśnieniu parcjalnym 40 mmHg, przy pełnym wysyceniu hemoglobiny tlenem. Norma 21-25mmol/l.

Zasady buforowe (BB) osocza to parametr określający sumę stężeń anionów buforujących osocza a więc wodorowęglanów, białek i fosforanów. Jeżeli określa się ten parametr dla krwi pełnej to uwzględnić należy także stężenie hemoglobiny. Norma 48mmol/l

Parametr ten jest niezależny od zaburzeń oddechowych, bo każde zwiększenie pCO₂ powoduje powstanie równych ilości produktów dysocjacji kwasu węglowego.

Pojawienie się w ustroju nielotnych kwasów powoduje zużywanie się tych anionów wiążących jony wodorowe i dochodzi w takich warunkach do spadku wartości parametru.

Normalne zasady buforowe to stężenie zasad buforowych zmierzonych przy aktualnym stężeniu Hb przy wysyceniu próbki pCO₂ o ciśnieniu parcjalnym 40 mmHg, pH 7,40 i przy stężeniu [HCO₃^-] 24 mmol/l.

Nadmiar zasad (BE) jest to różnica pomiędzy NZB a BB krwi pełnej. Parametr ten jest niezależny od zaburzeń oddechowych a doskonale opisuje zaburzenia metaboliczne.

Nadmiar zasad jest to ilość mocnego kwasu albo mocnej zasady, jaką należy dodać do 1litra krwi, aby doprowadzić ją do pH 7,40 przy pCO₂ o ciśnieniu parcjalnym 40 mmHg.

Norma +/^- 2,5 mmol/l.

• Pobieranie materiału

Krew musi być pobrana w warunkach anaerobowych (bez dostępu powietrza).

Najkorzystniej należy pobrać krew tętniczą (tętnica udowa, promieniowa) lub włośniczkową arterializowaną z płatka usznego, opuszki palca lub pięty u dzieci.

Krew żylna nadaje się jedynie do oceny BE

Przechowywać należy w temp. 0-4^oC do 3 godzin, ale najlepiej od razu oddać do laboratorium.

Błędy:

Brak oziębienia próbki powoduje zużycie tlenu i obniżenie pH.

Dostęp powietrza wypłukuje CO₂ z próbki zwiększa wartość pO₂.

Ocena wydalania jonu H⁺ przez nerki

Na wydalanie jonów wodorowych z moczem składa się suma kwaśności miareczkowej i amoniogenezy odejmując wodorowęglany.

Kwaśność miareczkowa to ilość H⁺ związanych przez aniony buforujące moczu

W moczu kwaśnym wodorowęglanów nie bierze się pod uwagę

W moczu obojętnym i zasadowym brak jest wydalania H⁺ w procesie kwaśności miareczkowej a wydalanie jonu wodorowego związanego z amoniakiem jest minimalne ( w takich warunkach następuje resorpcja H⁺ a wydalane są wodorowęglany.

Próbkę moczu dobowego zakwasza się znaną ilością silnego kwasu HCl dla związania wodorowęglanów występujących ewentualnie w moczu.

Następnie miareczkuje się mocz silną zasadą NaOH do pH krwi pacjenta i na podstawie ilości zużytej zasady określa się dobową ilość wydalonego jonu H⁺ w procesie kwaśności miareczkowej.

Tak zobojętniony mocz poddaje się następnie działaniu aldehydu mrówkowego, pod wpływem, którego dochodzi do rozbicia Jonu amoniowego NH₄⁺ na amoniak NH₃ i H⁺. Zakwaszony mocz poddaje się ponownie miareczkowaniu do pH krwi a na podstawie ilości zużytej zasady określa się ilość jonu H⁺ usuniętego w ciągu doby z organizmu w procesie amoniogenezy.

Materiał (mocz) zbiera się do naczynia zawierającego kilka kryształków tymolu. Badanie należy wykonać do 72h.

---