Acidobazická rovnováha

Prezentace na téma: "Acidobazická rovnováha"— Transkript prezentace:

1 Acidobazická rovnováha

2 Vnitřní prostředí Sestává z posuzování složení extracelulární tekutiny z hlediska izohydrie (= optimální koncentrace pH) izoionie (= optimální koncentrace iontů) izoosmolarity (= optimální koncentrace nízkomolekulárních látek)

3 Koncentrace H+ pH = -log [H+] Normální hodnoty
[H+] = 40 nmol/L Pro srovnání s ostatními ionty: [Na+] = 140 mmol/L [HCO3-] = 25 mmol/L

4 pH pH je nepřímým ukazatelem [H+] neutrální vs. normální pH plazmy
CAVE! Hydrogenové ionty (tj. protony) neexistují v roztoku volně ale jsou vázány s okolními molekulami vody vodíkovými vazbami (H3O+) [H+] o faktor 2 způsobuje  pH o 0.3 neutrální vs. normální pH plazmy pH 7.4 ( )  normální pH 7.0  neutrální ale fatální!!! pH = -log [H+] pH 7.40  40 nM pH 7.00  100 nM pH 7.36  44 nM pH 7.44  36 nM

5 Proč je pH tak důležité ? pH má efekt na funkci proteinů
všechny známé nízkomolekulární a ve vodě rozpustné sloučeniny jsou téměř kompletně ionizovány při neutrálním pH pH-dependentní ionizace (tj. náboj) slouží jako účinný mechanismus intracelulárního zadržení ionizovaných látek v cytoplazmě a organelách výjimky: makromolekuly (proteiny) většinou nesou náboj, zadrženy díky velikosti nebo hydrofobicitě lipidy ty které zůstávají intarcelulárně jsou vázány na proteiny odpadní produkty

6 pH je neustále “narušováno” metabolismem
Celkové CO2: = [HCO3] + [H2CO3] + [karbamino CO2] + [rozpuštěný CO2]

7 Mechanizmy regulace ABR
Lidské tělo produkuje za 24 hod cca mmol CO2 (v těle vytváří s vodou kys. uhličitou) s cca mmol silných („neprchavých“) kyselin. Jejich tvorba musí být v rovnováze s jejich eliminací z organizmu - o odvod CO2 se stará respirační systém - vylučování silných kyselin zajišťují ledviny (za každý vyloučený H+ iont, který je v moči navázán na fostáty – jako titrovatelná acidita (TA) nebo jako součást ammonného iontu se do vnitřního prostředí dostává 1 iont bikarbonátů)

8 Poruchy bilance mezi příjmem a výdejem CO2 vedou k
respiračním poruchám ABR respirační acidóza respirační alkalóza Poruchy bilance mezi tvorbou a vylučováním silných kyselin vedou k metabolickým poruchám ABR metabolická acidóza metabolická alkalóza Rozlišovat: acidóza / alkalóza – patofyziologický proces acidémie / alkalémie – momentální hodnota pH v plazmě

9 Nárazníkové systémy Pufry = roztoky látek, schopné uvolňovat či pohlcovat H+, takže změny pH jsou minimální Fyziologické pufry: bikarbonát/kys. uhličitá hemoglobin fosfáty, sulfáty proteiny krevní plazmy

10 Pufry V extracelulární tekutině: bikarbonáty
Hb fosfáty, sulfáty, organické kyseliny proteiny krevní plazmy V intracelulární tekutině: pH se velmi liší podle kompartmentu proteiny a fosfáty

11 Henderson-Hasselbalchova rovnice
pH pufru závisí na logaritmu poměru zásady ke kyselině za daného pH je pro každý pufr charakteristický daný poměr těchto složek pH = pKa + log [HA] [A-]

12 Hemoglobin jako pufr Ve tkáni Hb uvolní O2 a naváže H+
H+ vznikl takto: CO2+H2O HCO3-+H+ Bikarbonát se transportuje z ery výměnou za Cl- V plicích Hb váže O2 a uvolní H+ H+ reaguje s HCO3-: HCO3-+H+  CO2+H2O CO2 se vydýchá, bikarbonát se doplní z plazmy výměnou za Cl-

13 Hemoglobin jako pufr V pracující tkáni pohlcuje protony a pomáhá zvládat kyselou nálož i produkcí HCO3- V plících naopak protony uvolňuje a ty spolu s HCO3- přispívají k produkci CO2 Výměna HCO3- za Cl- v membráně erytrocytu se nazývá Hamburgerův efekt

14 Bikarbonátový pufr H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3- Ka = pH = p Ka + log
CA H2O + CO H2CO H+ + HCO3- Ka = pH = p Ka + log pH = log [H+][HCO3- ] [CO2] [HCO3- ] [CO2] [HCO3- ] 0.03 x pCO2

15 Bikarbonátový pufr Otevřený pufrační systém
pCO2 je regulován úrovní ventilace [HCO3-] regulován ledvinami Nečas et al. 2000

16 Bikarbonátový pufr Je nejvýkonnější extracelulární pufr
Je nejdůležitější pro regulaci ABR, protože tělo umí aktivně měnit koncentraci [HCO3-] i pCO2 Pomocí stavu bikarbonátového pufru klinicky posuzujeme stav acidobáze u pacienta (měření pH, [HCO3-] a pCO2)

17 Nečas et al. 2000

18 BB (buffer base) = sumární koncentrace bikarbonátů
a nebikarbonátových nárazníkových bazí BE (base excess) = „nadbytek bazí“ (norm. hodnota=0) BE = BB – NBB NBB (normal buffer base) NBB (mmol/l) = x (koncentrace Hb v g/l)

19 Metabolická a respirační složka ABR
BB a BE – veličiny nezávislé na změnách hladiny CO2, ale mění se při poruchách bilance toku H+ iontů (jsou tedy ukazatelem retence nebo deplece silných kyselin) Charakterizují tedy „metabolickou složku“ ABR (v organizmu – při akutní retenci CO2 – respirační acidóze – se hodnota BB (resp. BE) mírně sníží) Hladina CO2 charakterizuje její „respirační složku“ Nečas et al. 2000

20 ABR je z časového hlediska regulována na několika úrovních
První úrovní regulace jsou pufrační systémy - nejrychleji jsou schopny tlumit změny koncentrace H+ iontů nárazníky v krvi (regul. odpověď v řádu ms) Další úrovní jsou přesuny látek mezi jednotlivými pufračními systémy krve a intersticia (řády desítek min) Nitrobuněčné (neerytrocytární) nárazníky (a také základní hmota kostí) jsou schopné vázat H+ ionty (během pár hodin) Regulační odpověď respirace má maximum 6-10 hod Ledviny – nejpomalejší (vrchol za 3-5 dní)

21 Redistribuce H+, K+ a Na+ na buněčné membráně
Nečas et al. 2000

22 Mechanizmy výměny H+ za K+ a H+ za Na+ při acidémii
Nečas et al. 2000

23 Alkalémie bez deficitu K+ a s deficitem K+
Nečas et al. 2000

24 Vztah ABR a kalémie Nečas et al. 2000

25 Zdroje silných kyselin
Nečas et al. 2000

26 Regulační odpověď metabolizmu na ABR poruchu
Regulační úloha jater spočívá v tom, že pH krve mění množství substrátu pro tvorbu močoviny (tím se mění s ureosyntézou spřažená rychlost tvorby H+ iontů) Při alkalémii se  tvorba močoviny a H+ iontů z NH4+ a  tvorba glutaminu v játrech. Výsledkem je acidifikace alkalického vnitřního prostředí. U acidózy naopak Nečas et al. 2000

27 Úloha plic v udržování ABR
vylučují denně cca 15 molů CO2 vzhledem k dobré rozpustnosti CO2 je jeho koncentrace v alveolech stejná, jako v arteriální krvi pCO2 tedy závisí na úrovni minutové ventilace (počet dechů x dechový objem) zvýšení pCO2 vede ke snížení pH, pokles pCO2 znamená zvýšení pH

28 Úloha ledvin v udržování ABR
Vyrovnávají pH tím, že vylučují [H+] výměnou za Na+ a současně zpětně reabsorbují [HCO3-] v proximálním tubulu vylučují [H+] vazbou na NH3v proximálním tubulu vylučují [H+] v distálním tubulu (protonová pumpa, vazba na fosfáty)

29 Souhrn pH extracelulární tekutiny je udržováno pufračními systémy na hodnotách 7,35-7,45 pH je určeno vzájemným poměrem pCO2 a [HCO3-] podle H.-H. rovnice pCO2 ovlivňují plíce a [HCO3-] ledviny

30 Vyšetření stavu ABR tzv. ASTRUP (vyš. dle Astrupa) vyšetřujeme:
pH pCO2 pO2 [HCO3-] (AB, SB, BE) nutný odběr arteriální (nebo kapilární) krve, venózní krev se vyšetřuje jen ve speciální indikacích (např. pro stanovení A-V rozdílu)

31 * spolehlivý (přesný a správný) * rychlý * správně interpretován
Výsledek biochemického testu se stává skutečnou informací (zvyšuje míru rozhodování) když je: * adekvátně ordinován * spolehlivý (přesný a správný) * rychlý * správně interpretován

32 Poruchy ABR Podle úrovně komplikovanosti Základní
Smíšené (více poruch ABR ve stejném nebo různém směru) Kombinované (porucha ABR kombinovaná se změnou koncetrací iontů v ECT, příp. ICT)

33 Základní poruchy ABR Acidóza Alkalóza
proces, vedoucí k poklesu pH krve Alkalóza proces, vedoucí ke vzestupu pH krve Respirační poruchy = způsobené změnou pCO2 Metabolické poruchy = zp. změnou [HCO3-]

34

35 Základní poruchy ABR Respirační acidóza = pokles pH krve, způsobený vzestupem pCO2 Respirační alkalóza = vzestup pH krve, způsobený poklesem pCO2 Metabolická acidóza = pokles pH krve, způsobený snížením [HCO3-] Metabolická alkalóza = vzestup pH krve, způsobený vzestupem [HCO3-]

36 Poruchy ABR Podle úrovně kompenzace: Kompenzovaná (pH = 7.34-7.44)
Částečně kompenzovaná (pH se odchyluje, ale je zřetelná účast kompenzačních mechanismů) Nekompenzovaná (odchylka pH, není zřetelná účast Dekompenzovaná (výchylka pH se zhoršuje ve srovnání s předchozím vyšetřením) Překompenzovaná (příliš silná nebo rychlá terapie poruch ABR)

37 Kompenzace poruch Respirační kompenzace metabolických poruch:
plíce změní pCO2 tak, aby se vyrovnal poměr k [HCO3-] a pH se opět přiblížilo normě trvá sekundy až minuty Metabolická kompenzace respiračních poruch: ledviny zadrží/vyloučí [HCO3-], tak aby vyrovnaly poměr k pCO2 a pH se opět přiblížilo normě trvá hodiny až dny

38 Poruchy ABR-směry kompenzace

39 Poruchy bilance silných kyselin
Nečas et al. 2000

40 Metabolická acidóza (MA)
Stav, kdy metabolický tok H+ do extracelulární tekutiny převýší přítok bikarbonátů z ledvin:  fixních [H+] = vysoký anion gap absolutní ztráta nebo  reabsorpce HCO3- = normální anion gap (příčiny: v ledvinách, GIT, diluční acidóza)

41 Anion Gap („aniontové okénko“)
AG = [Na+ + K+] - [Cl- + HCO3-] Norma: 12 ± 2 mmol/L Hlavní „neměřitelné“ anionty, zahrnuté v AG: albumin fosfáty sulfáty organické anionty Slouží k posouzení příčin metabolické acidozy

42 Anion Gap Nečas et al. 2000

43 MA - příčiny ketoacidóza renální tubulární acidóza ztráta HCO3 v GIT
diabetická, alkoholická, hladovění laktátová acidóza akutní renální selhání toxiny (salicyláty, metanol..) renální tubulární acidóza ztráta HCO3 v GIT průjem pankreatické či žlučová drenáž

44 Reakce organizmu na MA Nečas et al. 2000

45 MA – metabolické důsledky
respirační hyperventilace posun disociační křivky hemoglobinu kardiovaskulární další zvýšená kostní resorpce (pouze u chronické acidózy) únik K+ z buňek  hyperkalemie

46 Metabolická alkalóza Příčinou je negativní bilance silných kyselin v extracelulární tekutině: - Zvýšení přísunu HCO3- (neadekvátní podávání nebo HCO3- dehydratace) - Snížení přísunu H+ iontů do extracelulární tekutiny (při zvracení)  hypochloremická metabolická alkalóza (s tzv. paradoxní acidifikací moče)

47 Patogeneze vzniku paradoxní acidifikace moče
Nečas et al. 2000

48 Reakce organizmu na metabolickou alkalózu
Nečas et al. 2000

49 Respirační acidóza (RA)
primární změnou je pH v důsledku PaCO2 (>40 mmHg), tj. hyperkapnie akutní (pH) chronická (pH nebo normální pH) renální kompenzace – retence HCO3-, 3-4 dny příčiny: pokles alveolární ventilace (zvýš. koncentrace CO2 ve vdechovaném vzduchu) (zvýšená produkce CO2) paCO2 = VCO2 / VA

50 Naprostá většina případů RA je důsledkem poklesu alveolární ventilace !!!!
porucha se může vyskytnout na jakékoliv úrovni kontrolního mechanizmu Vzrůst arteriálního pCO2 je normálně velmi silným stimulem ventilace takže respirační acidóza se v případě, že regulace není porušena, rychle upraví kompenzatorní hyperventilací

51 RA - nedostatečná alveolární ventilace
Centrální (CNS) příčiny deprese resp. centra opiáty, sedativy, anestetiky CNS trauma, infarkt, hemoragie nebo tumor hypoventilace při obesitě (Pickwickův syndrom) cervikální trauma nebo léza C4 a výše poliomyelitis tetanus srdeční zástava s cerebrální hypoxií Nervové a muskulární poruchy Guillain-Barre syndrom myasthenia gravis myorelaxnci toxiny (organofosfáty, hadí jed) myopatie Plicní onemocnění a hrudní defekty akutní COPD trauma hrudníku - kontuze, hemothorax pneumothorax diafragmatická paralýza plicní edém adult respiratory distress syndrome restrikční choroba plic aspirace Nemoci dýchacích cest laryngospasmus bronchospasmus / astma Zevní faktory nedostatečná mechanická ventilace

52 RA – vzácné příčiny nadprodukce CO2 u hyperkatabolických stavů
maligní hypertermie sepse zvýšený přívod CO2 opak. vdechování vydechovaného vzduchu obsahujícího CO2 více CO2 ve vdechovaném vzduchu insuflace CO2 do dutin (např. laparoskopické výkony)

53 RA - metabolické důsledky hyperkapnie!
útlum intracelulárního metabolizmu cerebrální efekty kardiovaskulární systém extrémně vysoká hyperkapnie: anestetický efekt (pCO2>100mmHg) hypoxemie Arteriální pCO2>90 mmHg není kompatibilní se životem u pacienta dýchajícího okolní vzduch: pAO2 = [0.21 x ( )] - 90/0.8 = 37 mmHg

54 RA - kompenzace Akutní RA – pouze pufrováním!
cca 99% pufrování intracelulárně proteiny (hemoglobin a fosfáty) jsou nejdůležitější pro CO2 ale jejich koncentrace je nízká v poměru k množství CO2 které je potřeba pufrovat bikarbonátový systém nemůže pufrovat “sám sebe” u RA Chronická RA - renální kompenzace  retence HCO3, maximum za 3 až 4 dny  paCO2  pCO2 v proximálním tubulu  H+ sekrece do lumen:  HCO3 produkce (tj. plazma [HCO3] vzroste)  Na+ reabsorpce výměnou za H+  NH3 produkce k ‚pufrování' H+ v tubulárním lumen (tj. roste exkrece NH4Cl)

55 Reakce organizmu na respirační acidózu
Nečas et al. 2000

56 RA - korekce (tj. terapie)
pCO2 se po obnovení dostatečné alveolární ventilace rychle normalizuje léčba základné příčiny pokud možno rychlý pokles pCO2 (zejm. u chron. RA) může vést k: těžké hypotenzi ‘post-hyperkapnické alkalóze’

57 Respirační alkalóza Příčinou je deplece oxidu uhličitého projevující se hypokapnií (snížením tenze CO2) v arteriální krvi - hyperventilace při UPV - dráždění dechového centra * psychogenní, nervové vlivy (hysterie, farmaka…) * hypoxémie (srdeční vady s P-L zkraty, výšková nemoc)

58 Reakce organizmu na respirační alkalózu
Nečas et al. 2000

59 Kombinované poruchy ABR
Pro posouzení kombinované poruchy ABR mohou být užitečné kompenzační diagramy Nečas et al. 2000