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SQUILIBRI I.E.

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.  

  Questa pagina è stata modificata in data :28/02/2011

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