Acidobazna ravnoteža i njeni otkloni

Metabolički procesi stalno proizvode kiseline, a u manjoj mjeri i lužine. Posebno su reaktivni vodikovi ioni (H++); mogu se vezati o negativno nabijene bjelančevine, a u visokim koncentracijama remete njihov ukupni naboj, kunfiguraciju i funkciju. Da bi se stanične aktivnosti zaštitile, organizam raspolaže složenim mehanizmima koji održavaju koncentraciju H+ u uskim granicama, tipično između 37 i 43 nmol/L, što se označava pH vrijednošću između 7,37 i 7,43, gdje pH = –log [H+], a idealno na 40 nmol/L ili pH 7,4. Poremećaji ovih mehanizama imaju ozbiljne kliničke posljedice.

Acidobazna ravnoteža usko je povezana s ravnotežom tekućine i elektrolita pa se promjene u jednom sustavu odražavaju na drugom. Metabolizam tekućine i elektrolita opisan je u prethodnom poglavlju (str. 1233).

Acidobazna fiziologija

Većina kiselina proizlazi iz mijene ugljikohidrata i masti, gdje se dnevno stvara 15.000–20.000 mmol CO2. Sam po sebi CO2 nije kiselina, ali se u krvi veže s vodom (H2O) pa nastaje ugljična kiselina (H2CO3), koju enzim karboanhidraza disocira u H+ i HCO3. Nastali H+ se veže u krvi o Hb i otpušta u alveolama, gdje dolazi do obratne reakcije s nastankom H2O i CO2, koji se izlučuje svakim izdahom.

Manje količine organskih kiselina potječu od nepotpune razgradnje glukoze i masnih kiselina na mliječnu kiselinu i na ketokiseline, od metabolizma aminokiselina koje sadrže sumpor (cistein, metionin) u sumpornu kiselinu, od mijene kationskih aminokiselina (arginin, lizin) i od hidrolize fosfata iz hrane. Ovo “fiksno” ili “metaboličko” kiselinsko opterećenje se ne može izdahnuti, već se treba neutralizirati ili izlučiti drugim putem.

Većina lužina nastaje metabolizmom anionskih aminokiselina (glutaminska, asparaginska kiselina) te oksidacijom organskih aniona, poput laktata i citrata, koji stvaraju HCO3.

Acidobazna ravnoteža

Ova se ravnoteža ostvaruje kemijskim puferiranjem te plućnim i bubrežnim izlučivanjem.

Kemijski puferi: Smjesta odgovaraju na acidobazne promjene. Mogu biti vanstanični ili unutarstanični, a važnu pufersku ulogu ima i kost. Pufer je smjesa slabe kiseline i njene soli koja prima i otpušta H+, čime smanjuje otklone u koncentraciji slobodnog H+.

Najvažniji fiziološki pufer predstavlja vanstanični sustav HCO3/CO2, opisan jednadžbom:

Povećanje H+ pomiče jednadžbu u desno te stvara CO2 i obratno. Ovaj je sustav najbolji i najefikasniji jer se koncentracija CO2 može fino podešavati ventilacijom alveola, dok se koncentracije H+ i HCO3 isti tako nijansirano regulira bubrežnim izlučivanjem.

Odnos između HCO3 i CO2 u tom je sustavu prikazan Kassirer–Bleichovom jednadžbom, izvodom Henderson–Hasselbachove formule:

koja pokazuje da ravnoteža između kiselina i baza ne ovisi o apsolutnoj vrijednosti PCO2 ili HCO3, već o njihovom omjeru. Svaka dva od ovih podataka (obično H+ i PCO2) mogu se upotrijebiti za izračunavanje trećega (obično HCO3).

U ostale važne fiziološke pufere idu unutarstanični, organski i anorganski fosfati te proteini, uključujući i Hb u E. Manje važni su vanstanični fosfati i bjelančevine plazme. Kost postaje važan pufer nakon potrošnje vanstaničnog HCO 3; spočetka oslobađa NaHCO3 i KHCO3 u zamjenu za H+, dok pri produženom opterećenju kiselinom otpušta CaCO3 i CaHPO4. Dugotrajna acidemija prema tome pridonosi demineraliziranju kosti i osteoporozi.

Uloga pluća: Razina CO2 se fino podešava dubinom i učestalošću disanja (minutna ventilacija). Sniženje pH osjete arterijski kemoreceptori pa povećaju dubinu i broj respiracija; CO2 se izdahne i pH krvi poraste. Za razliku od kemijskog puferiranja koje je trenutačno, plućno podešavanje traje minutama pa i satima. U odnosu na kemijsko puferiranje, učinkovitost plućnog je 50–75% i ne može potpuno normalizirati pH krvi.

Uloga bubrega: Nadzor pH se tu provodi podešavanjem količine reapsorbirane HCO3 i izlučenog H+; povišenje HCO 3analogno je odstranjivanju slobodnog H+. Ove preinake nastupaju satima pa i danima nakon promjene acidobaznog stanja.

Reapsorpcija HCO3 odvija se pretežno u proksimalnim tubulima, a u manjoj mjeri i u sabirnim kanalićima. Dolazi do disocijacije vode na H+ i OH; pomoću karboanhidraze se OH veže s CO2 i stvara HCO3 koji se vraća u peritubulne kapilare, dok se H+ luči u lumen tubula i spaja s filtriranim HCO3 pa nastaju CO2 i H2O, koji se isto reapsorbiraju. Prema tome, reapsorbirane čestice HCO3 su tu novostvorene, a ne one filtrirane. Smanjenje efektivnog cirkulirajućeg volumena (npr. učinkom diuretika) povećava reapsorpciju HCO3, dok je porast PTH u odgovoru na kiselinsko opterećenje smanjuje. I porast PCO2 povećava reapsorpciju HCO3, dok gubitak Cl (tipično pri volumnoj depleciji) potiče reapsorpciju Na+ i stvaranje HCO 3u proksimalnom tubulu.

Kiseline se aktivno secerniraju u proksimalne i u distalne tubule, gdje se spajaju s urinarnim puferima—u prvom redu sa slobodno filtriranim HPO4–2, kreatininom, mokraćnom kiselinom i amonijakom—da bi se mogle izlučiti iz tijela. Posebno je važan puferski sustav amonijaka jer se drugi puferi filtriraju u zadanim koncentracijama i brzo poništavaju jakim kiselinskim opterećenjem, dok se u odgovoru na takvo opterećenje amonijak aktivno stvara u stanicama tubula. Glavnu odrednicu izlučivanja kiselina predstavlja arterijski pH, ali na proces utječu i K+, Cl te aldosteron. Koncentracija K+ u stanicama i izlučivanje H+ u recipročnom su odnosu; manjak K+ uzrokuje povećanu sekreciju H+ i posljedičnu metaboličku alkalozu.