- to zależność między wytwarzanymi a wydalanymi kwasami i zasadami.
- 1909 – Sorensen – pojęcie pH, jako ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych, a pK jako ujemny logarytm stałej dysocjacji.
Jednym z najważniejszych praw fizjologicznych dotyczących żywego organizmu jest prawo zachowania stałości stężenia jonów wodorowych (izohydrii).
Omawiając stan równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie jako całości należy zawsze pamiętać, że stanowi on układ, w którym praktycznie obydwie przestrzenie: komórkowa i pozakomórkowa są od siebie zależne, wpływają na siebie, a zatem w warunkach prawidłowych są w stałej równowadze. Jeżeli do tego dodać, że płyn pozakomórkowy kontaktuje się w płucach z powietrzem pęcherzykowym, to należy przyjąć, że organizm stanowi układ otwarty, wykazujący równowagę pomiędzy komórką a płynem pozakomórkowym z jednej strony oraz pomiędzy płynem pozakomórkowym a powietrzem pęcherzykowym z drugiej.
Krew zatem jest w równowadze z komórkami i powietrzem pęcherzykowym. W prawidłowych warunkach, w wyniku przemiany materii, komórki wytwarzają CO2 jako tzw. kwas lotny, jak również niewielkie w porównaniu z wytwarzaniem CO2 ilości kwasów nielotnych (aminokwasy siarkowe-kwas siarkowy, fosfolipidy i fosfoproteiny - kwas fosforowy). Jony wodorowe kwasów nielotnych są buforowane przez jony wodorowęglanowe, zaś aniony kwasów nielotnych (siarczany, fosforany)-wydalane przez nerki. Nerki odbudowują zużyte wodorowęglany przez wchłanianie zwrotne. CO2 wytwarzany w tkankach dzięki układowi otwartemu jest wydalany przez płuca.
Zmiana pH krwi może więc następować dwiema drogami: nieoddechową i oddechowa.
Z chwilą naruszenia rkz organizm reaguje w taki sposób, ażeby zmniejszyć skutki powstałego zaburzenia. Głównymi mechanizmami obronnymi są tu:
- układy buforowe – pierwsza i natychmiastowa „linia obrony” organizmu
- czynności układu oddechowego
- przemieszczanie jonów wodorowych pomiędzy przestrzeniami wodnymi organizmu
- czynności nerek
Bufor – jest to mieszanina słabego kwasu (HA) i sól tego kwasu (zasada buforowa, anion buforowy) (A-) albo słabej zasady i jej kationu.
Buforowanie polega na wiązaniu nadmiaru jonów wodorowych przez aniony buforowe, lub jonów wodorotlenowych przez cząsteczkę kwasu:
H+ + A- = HA
OH- + HA = H2O + A-
W organizmie człowieka są cztery podstawowe układy buforujące:
· bufor wodorowęglanowy – kwas węglowy/wodorowęglany (NaHCO3) - 55mmol/l
- bufor białczanowy – białko/białczany – 5 mmol/l
- bufor hemoglobinianowy – hemoglobina/oksyhemoglobina – 16 mmol/l
- bufor fosforanowy – fosforany jednozasadowe/ fosforany dwuzasadowe
Parametrem charakteryzującym bufor jest pojemność buforowa – jest to taka ilość silnego kwasu lub silnej zasady jaką należy dodać do buforu, aby zmienić stężenie jonów wodorowych o jedną jednostkę pH.
Zależy ona od:
- stężenia molarnego obu składników buforu
- stosunku stężeń zasad buforowych do kwasu; równe stężenia tych składników to maksymalna zdolność buforowania (pH = pKA)
Wpływ oddychania na rkz – transport i wydalanie CO2 (wentylacja pęcherzykowa), transport przez krew:
- przez fizycznie rozpuszczony CO2 – eliminacja 5-10%
- uwodnienie CO2 w krwince czerwonej, a następnie wiązaniu jonów wodorowych powstających z dysocjacji kwasu przez hemoglobinę (czyli niejako transport CO2 w postaci jonów wodorowych) – eliminacja ok. 80%
- przez wiązanie CO2 przez hemoglobinę w postaci karbaminianów – eliminacja 10-15%)
Rola nerek w utrzymaniu rkz – wydalanie , wchłanianie zwrotne, wytwarzanie (regeneracja) wodorowęglanów oraz wydalanie jonów wodorowych w postaci NH4+ i H2PO4-
- 1908 Henderson – równanie Hendersona, spośród układów buforowych działających w płynie pozakomórkowym szczególne znaczenie ma układ : kwas węglowy/wodorowęglany. Jest to układ buforowy otwarty (powstaje z CO2 powstającego w procesach dekarboksylacji zachodzących w każdej komórce i może łatwo wydalać się przez płuca), pojemność buforująca 55 mmol/l (25mEq/l)
CO2 + H2O = H2CO3 ( k2 > k1)
reakcja jest dwukierunkowa i katalizowana przez anhydrazę węglanową, jest to reakcja , która stanowi pierwszy krok do utworzenia układu buforującego. Na podstawie prawa działania mas liczba cząstek kwasu węglowego (n1) powstająca w jednostce czasu z CO2 i H2O, jest proporcjonalna do iloczynu stężeń obu tych związków
n1 = k1 x cdCO2 x cH2O
a liczba cząsteczek kwasu węglowego (n2) dysocjująca w jednostce czasu na CO2 i H2O, jest proporcjonalna do stężenia H2CO3
n2 = k2 x cH2CO3
Dla obydwu reakcji ustala się stan równowagi gdzie n1 = n2 , czyli
k1 x cdCO2 x cH2O = k2 x cH2CO3 stąd zaś:
k1/k2 = cH2CO3/cdCO2 x cH2O
Ponieważ w reakcjach chemicznych zasadniczą rolę odgrywa aktywność cząsteczek, a aktywność wody jest bliska 1, jak również z powodu , że stosunek dwóch stałych jest również wielkością stałą to:
KCO2 = cH2CO3/cdCO2 (*)
Drugim krokiem jest reakcja dysocjacji:
H2CO3 = H+ + HCO3- ( k2 > k1)
Na podstawie prawa działania mas n1=n2 , czyli
k1 x cH2CO3 = k2 x cH+ x cHCO3-
k1/k2 = cH+ x cHCO3-/cH2CO3
KH2CO3 = cH+ x cHCO3-/ cH2CO3 (**)
Układ buforowy kwas węglowy/wodorowęglany zależy od obu wyżej wymienionych procesów: uwodnienia dwutlenku węgla i dysocjacji kwasu węglowego.
Z równań (*) i (**) otrzymujemy:
cH2CO3 = KCO2 x cdCO2
cH2CO3 = cH+ x cHCO3-/ KH2CO3
KCO2 x cdCO2 = cH- x cHCO3- / KH2CO3
KCO2 x KH2CO3 = cH+ x cHCO3-/ cdCO2
Iloczyn dwóch stałych jest wielkością stałą, więc:
cH+ = K x cdCO2 / cHCO3- Jest to równanie Hendersona
- 1916 – Hasselbalch zlogarytmował równanie Hendersona:
log cH+ = log K + log cdCO2 – log cHCO3- /x (-1)
- log cH+ = - log K – log cdCO2 + log cHCO3- lub
pH = pK + log cHCO3- / PCO2 x a
a - współczynnik rozpuszczalności Bunsena – liczba moli CO2 jaka rozpuszcza się w 1 l w przeliczeniu na każde 0,133 kPa (1 mm Hg) ciśnienia cząstkowego tego gazu.
a = 0,03 mmol/l/1mm Hg
a = 0,226 mmol/l/1 kPa
pH= 6,1 + log cHCO3- / PCO2 x 0.03
- pH środowiska zbuforowanego zależy od stosunku wartości licznika i mianownika równania Hendersona i Haselbalcha, a nie od bezwzględnego stężenia jonów wodorowęglanowych i wartości ciśnienia cząstkowego CO2
- prawidłowej wartości pH (7,40) odpowiada jedna i tylko jedna wartość stosunku licznika i mianownika równania, a mianowicie 20 (log 20 = 1,3), co oznacza, że
stężenie jonów wodorowęglanowych przy pH = 7,4 jest 20 razy większe niż stężenie rozpuszczonego CO2
- dla prawidłowych warunków, gdy nie ma zaburzenia rkz, stężenie HCO3- w osoczu krwi tętniczej powinno wynosić 24 ± 3,0 mmol/l, PCO2 – 40 ± 5 mm Hg. W każdym innym przypadku nawet gdy pH jest prawidłowe istnieje zaburzenie równowagi kwasowo – zasadowej.
Przyczyny:
1) nadmierne nagromadzenie mocnych kwasów nielotnych albo tzw. kwasica nieoddechowa addycyjna
2) utrata zasad albo tzw. kwasica nieoddechowa subtrakcyjna
3) nierównomierne rozmieszczenie jonów wodorowych pomiędzy komórkami i płynem pozakomórkowym albo tzw. kwasica nieoddechowa dystrybucyjna
4) zatrzymanie jonów wodorowych w organizmie albo tzw. kwasica nieoddechowa retencyjna.
KWASICA NIEODDECHOWA ADDYCYJNA
Nagromadzenie mocnych kwasów nielotnych w organizmie może nastąpić w dwóch przypadkach:
- gdy gromadzenie ich wiąże się z nadmiernym wytwarzaniem przekraczającym możliwości ich metabolizmu lub wydalenia (pierwotne gromadzenie w komórce):
a) kwasica w przebiegu cukrzycy niewyrównanej lub w okresie głodzenia
W obu przypadkach brak dowozu glukozy do komórek wątroby powoduje brak zredukowanego NADPH2, donatora jonów wodorowych, niezbędnych do syntezy kwasów tłuszczowych o wydłużonym łańcuchu. W tych warunkach z 2 cząsteczek acetylokoenzymu A tworzy się kwas acetooctowy, który ulegając uwodorowaniu przechodzi w kwas b-hydroksymasłowy, ulegając zaś dekarboksylacji – w aceton. Aceton nie wpływa na rkz, gdyż nie jest kwasem.
b) kwasica po nagromadzeniu kwasu mlekowego
Spotyka się ją przy niedotlenieniu tkanek albo nadmiernym metabolizmie tkankowym, któremu nie dorównuje dowóz tlenu, np. przy nadmiernym wysiłku fizycznym lub w niewydolności krążenia. W przemianie pośredniej glukozy z kwasu pirogronowego powstaje wówczas nadmiar kwasu mlekowego. Kwas ten może również nagromadzić się w przypadku niektórych wrodzonych wad metabolicznych: glikogenoza typu I, wrodzona kwasica mleczanowa, kwasica metylomalonowa.
- gdy dostaną się w nadmiernych ilościach z zewnątrz (pierwotne gromadzenie w płynie pozakomórkowym).
a) zatrucia mocnymi kwasami, salicylanami, po podaniu w celach diagnostycznych r-ru chlorku amonowego.
Z wyjątkiem kwasicy po podaniu chlorku amonowego (lub po wlewie kwasu solnego) wszystkie kwasice addycyjne przebiegają ze zwiększeniem stężenia anionów resztkowych (b-hydroksymaślan, acetooctan, mleczan, salicylan itp.) w odróżnieniu od kwasic nieoddechowych innego rodzaju, w których stężenie anionów resztkowych jest prawidłowe.
Korekcja kwasicy addycyjnej polega na zwiększeniu wydalania jonów wodorowych w moczu, któremu towarzyszy, jak wiadomo, wchłanianie zwrotne wodorowęglanów.
KWASICA NIEODDECHOWA SUBTRAKCYJNA
Ten rodzaj kwasicy polega na pierwotnej utracie zasad, a ściśle jonów wodorowęglanowych. Istnieją dwie drogi utraty jonów HCO3-:
a) przez przewód pokarmowy
b) przez nerki.
Droga nerkowa wiąże się z niezdolnością nerki do wydalania jonów wodorowych (retencja H+) – kwasice retencyjne.
...
mariz.tbg