|
|
|
|
ALTERAZIONI DEL METABOLISMO ACIDO-BASE
Introduzione
Si
intende per acido una sostanza capace di liberare idrogenioni in soluzione, per
base una sostanza capace di accettare idrogenioni da una soluzione. Quindi acido
è lo H+ stesso mentre la base è l'idrossilione (OH-): una soluzione è tanto
più acida quanto maggiore è in essa la concentrazione di idrogenioni. Questa,
espressa come [H+]: è molto bassa nell'acqua distillata (35 mEq/l) ed identica
a quella degli idrossilioni: quindi l'H2O rappresenta la perfetta neutralità.
Poiché numeri come 35 miliardesimi di mole sono considerati scomodi e gli H+
non confrontabili direttamente con gli altri ioni in soluzione nell'organismo
biologico, molti preferiscono usare, quale unità di misura, il pH, che viene
definito come il reciproco del logaritmo della concentrazione molare di H+: pH
= Log 1/[H+] Nei
liquidi biologici, in particolare in quelli del corpo umano, si ha una
concentrazione di idrogenioni di 40 mEq/l, corrispondente ad un pH di 7,40.
Questo pH è mantenuto rigorosamente costante nonostante la continua produzione
di idrogenioni da parte dei processi metabolici. L'acqua totale è circa il 60%
del peso corporeo e cioè, per un uomo di 70 kg, circa 40 litri. Immaginiamo di
avere la stessa quantità di acqua distillata in un recipiente: se aggiungiamo
ad essa 160 mM di H+, ad esempio sotto forma di HCl, avremo una concentrazione
di idrogenioni di 4 mEq/l corrispondente ad un pH di 2,4: in queste condizioni
nessun organismo sopravviverebbe! Invece in condizioni patologiche, ad esempio
nel diabete scompensato, possono riversarsi nei liquidi organici 1200 mM di H+,
otto volte quelli usati nel nostro esperimento, ed il pH rimane superiore a 7. L'organismo
possiede dunque qualche meccanismo che lo difende dall'accumulo di acidi. Questi
meccanismi di difesa sono costituiti da sistemi tampone che agiscono di concerto
con i meccanismi di regolazione polmonare e renale. I
sistemi tampone sono costituiti da sali sodici di acidi deboli in equilibrio con
l'acido corrispondente. Il principale nell'uomo è costituito dalla base NaHCO3
accettore di protoni, e dall'acido carbonico H2CO3 donatore di protoni. Ora
ripetiamo l'esperimento previa immissione nel nostro recipiente di bicarbonato
di sodio (NaHCO3) sino alla concentrazione di 25 mEq/l e CO2 1,2 mM/l (la
concentrazione fisiologica del sangue): si avrà la seguente reazione: 160
H+ + 160 Cl- + 1000 NaHCO3 = 160 NaCl
+ 160 H2CO3 + 840 NaHCO3 Si
verificherà cioè la trasformazione totale dell'acido cloridrico nel sale
neutro corrispondente NaCl, gli idrogeno ioni si uniranno alla base bicarbonato
per formare H2CO3 e resteranno 840 mM di NaHCO3 la cui concentrazione nel
liquido si ridurrà da 1000/40 = 25 a 840/40 = 21 mEq/l. L'H2CO3
formatosi si disidrata a CO2 + H2O. Si formeranno dunque 160 mM di CO2, che
unendosi alle 48 preesistenti (1,2/l 40litri) formeranno208 mM totali pari a 5,2
mM/l. Il
pH sarà dato dalla equazione di Henderson e Hasselbach (HH): pH
= 6,1 + log 21/ 5,2 = 6,70 Il
pH finale è ben superiore a quello ottenuto in assenza di tamponi. Se ora fosse
possibile tenere invariata la concentrazione di CO2 a 1,2 mEq/l il pH
risulterebbe: pH
= 6,1 + log 21/ 1,2 = 7,34 valore
ancora fisiologico e compatibile con un perfetto benessere. L'organismo
quindi, per potersi difendere da aggiunte di idrogenioni deve poter disporre
delle seguenti condizioni: 1)quantità
totale e concentrazione adeguata di tamponi che chiameremo riserva alcalina; 2)un
meccanismo capace di rigenerarli una volta consumati, altrimenti tale riserva
verrebbe rapidamente esaurita; 3)un
meccanismo per eliminare gli H+ che si accumulano, dato che, anche se tamponati
e cioè legati all'acido debole, possono essere riliberati. Se si potessero
eliminare gli H+ legati ai tamponi senza eliminare i tamponi stessi si
otterrebbe contestualmente la eliminazione degli idrogenioni e la rigenerazione
dei tamponi; cioè i meccanismi al punto 2 e 3 assieme; 4)un
meccanismo che consenta la eliminazione della CO2 mantenendone costante la
concentrazione ematica. In
realtà nell'organismo umano sono presenti tutti questi meccanismi e sono
estremamente efficaci tanto che in condizioni normali la concentrazione di H+
viene mantenuta costante entro pochi nano equivalenti/litro. Ricaviamo
ora la formula di HH usata in precedenza. Nei liquidi organici è presente CO2
che è un gas ma che può idratarsi e trasformarsi in acido carbonico secondo
l'equazione: CO2
+ H2O = H2CO3; ad
equilibrio, cioè quando un egual numero di molecole si idrata e si disdrata, il
prodotto della concentrazione di reattanti deve essere uguale al prodotto di
H2CO3 moltiplicato per una costante di equilibrio denominata K1: [CO2]
[H2O] = [H2CO3] x K1 Lo
stesso succede per la ionizzazione del H2CO3: [H+]
[HCO3] = [H2CO3] x K2 cioè K2
= [HCO3] / [H2CO3] x H+ oppure [H+]
= K2 [H2CO3] / [HCO3] ora se poniamo log 1/H+ = pH e log 1/K2 = pK si ottiene: pH
= pK + log [HCO3] / [H2CO3] Sostituendo
CO2 H2O a H2CO3 ed inglobando la costante K1 nella costante K si ottiene la
equazione di HH: pH
= PK + log [HCO3-] / CO2 Poiché
normalmente pK ha il valore di 6,1 la formula diventa nel sangue normale: 7,4
= 6,1 + log [HCO3] / CO2 Nel
sangue la concentrazione di bicarbonato normale è 24 mEq/l. CO2 in mM/l = PaCO2
mmHg coefficiente di solubilità. Quest'ultimo
risulta essere di 0,03 e la PaCO2 è 40 mmHg: pertanto CO2 avrà il valore di 40
0,03 = 1,2 mM/l e la formula diventa: 7,4
= 6,1 + log 24/ 1,2. Il
sistema bicarbonato / acido carbonico è il principale sistema tampone
dell'organismo ed ha uno spazio di distribuzione pari al 50% dell'acqua totale
corporea; comunque, anche se esistono altri importanti sistemi tampone sia
extracellulari, quali le proteine plasmatiche e l'osso, sia intracellulari quali
l'emoglobina, dato che sono tutti in equilibrio con il sistema HCO3 / H2CO3, nel
considerare i sistemi tampone dell'organismo si può parlare soltanto di
quest'ultimo. Analizziamo
ora le fonti di ingresso e di uscita degli idrogenoioni dell'organismo: la
principale sorgente di acido carbonico è costituita dal metabolismo aerobio del
glucosio: infatti i prodotti terminali della ossidazione del glucosio sono CO2 e
H2O; questi composti, in particolare all'interno dell'eritrocita che contiene
anidrasi carbonica, vengono idratati a H2CO3 che si dissocia in H+ e HCO3
negativo. I protoni che si formano per la dissociazione dell'acido carbonico
vengono per la maggior parte tamponati dall'emoglobina mentre il bicarbonato
lascia la cellula in scambio con il cloro. La quantità di acidi volatili
prodotti dal metabolismo è enorme, circa 22.000 mEq di H+ al giorno: essi
vengono però prontamente escreti dal polmone che elimina la CO2, che è un gas,
con facilità. Esistono nell'encefalo chemiorecettori per la CO2 molto sensibili
che regolano la frequenza e la profondità degli atti respiratori per adattarli
alle necessità dell'escrezione degli H+. In tal modo, se l'apparato
respiratorio è normale, la PaCO2 viene mantenuta costante a 40 mmHg. La
maggior fonte di acidi non volatili è invece rappresentata dal metabolismo
degli aminoacidi solforati, cisteina e metionina, i quali in ultima analisi
producono acido solforico. Un'altra fonte di acidi non volatili è la
ossidazione di gruppi fosfati che produce acido fosforico. I tamponi reagendo
con tali composti formano solfati e fosfati neutri secondo la reazione: 2H+
+ SO4- + 2NaHCO3 = Na2SO4 + H2O
+ CO2 In
effetti l'H+ è scomparso e quindi non sono stati aggiunti acidi ma si sono
consumate basi, riducendo la riserva alcalina. A questi debbono essere aggiunti
gli acidi organici escreti come sali sodici e debbono invece essere sottratti
gli acidi organici assorbiti con gli alimenti sotto forma di sali (aspartato,
citrato) che vengono metabolizzati generando bicarbonati secondo la reazione: Na
citrato + H+ + HCO3 = NaHCO3 + acido
citrico Acido
citrico = CO2 + H2O Dato
che la produzione metabolica di H+ è costante, in poco tempo si avrebbe un
consumo totale delle basi, immediatamente seguito da una acidosi letale a meno
che non vengano eliminati gli H+ e rigenerati i HCO3- con ritmo eguale alla
produzione metabolica, che è in media di 0,6 mEq/kg di peso/die. L'eliminazione
degli acidi organici è compito precipuo del rene. Nelle cellule del tubulo
prossimale, ove esiste l'anidrasi carbonica, l'H2CO3 viene scisso in H+ e HCO3.
L'H+ viene portato nel lume tubulare in scambio con il Na+ da uno scambiatore di
protoni. All'interno della cellula tubulare il Na+ si coniuga col HCO3 a formare
NaHCO3 rigenerando così i bicarbonati. Gli H+ eliminati nel tubulo prossimale
si comugano con i tostati e solfati a formare composti acidi monosodici
(NaH2PO4, NaHSO4) oppure con il cloro per formare HCl. Il limite di tale
meccanismo sta nel fatto che la quantità di H+ eliminabile è limitata dal pH
urinario che non può scendere sotto 4,5 (limite della parete del tubulo distale
alla retro diffusione degli ioni H+) e che la quantità di fosfati e solfati
neutri escreti è limitata. Il
rene ovvia a questa limitazione producendo una base che viene secreta al posto
del Na riassorbito. La base secreta è l'ammoniaca che si forma nelle cellule
tubulari principalmente dalla deaminazione della glutamina ad acido glutamico;
quest'ultimo viene metabolizzato a H2O + CO2 che vengono eliminati. L'NH3 è
altamente diffusibile e dalla cellula tubulare passa nel lume ove si coniuga
all'H+ per formare ione ammonio (NH+4). Questo, non essendo diffusibile, resta
intrappolato nel lume tubulare ove si unisce al cloro per formare NH4C1, cloruro
d'ammonio, che è un sale neutro. Nella cellula viene rigenerato NaHCO3 che
viene immesso in circolo. La
quantità di H+ escreta sotto forma di fosfati e solfati acidi viene chiamata
acidità titolabile, la escrezione netta di acidi è data invece dalla somma
della acidità titolabile e della escrezione di ammoniaca meno i bicarbonati
escreti. Date queste brevi premesse vediamo ora i disturbi dell'equilibrio
acido-base. Disturbi dell'equilibrio acido-base
La
suddivisione è riportata nella tab.05x. Sono
più frequenti in clinica disturbi complessi, a volte difficili da interpretare,
ma in questa sede per chiarezza espositiva conviene descrivere solamente i
quattro disturbi fondamentali. |
|
|
|
Potete inviare a