Homeostáza vnitřního prostředí

Vnější prostředí organismu 1865 Claude Bernard V roce 1865 francouzský fyziolog Claude Bernard upozornil na to, že prostředí, které obklopuje buňky v organismu není totožné s vnějším prostředím organismu. Vnější prostředí buněk

Vnější prostředí organismu tj. teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace O2, CO2, koncentrace glukózy a dalších živin 1865 Claude Bernard JSOU STABILNÍ, NEZÁVISLE NA MĚNÍCICH SE PODMÍNKÁCH VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ A RŮZNÉ ÚROVNI METABOLICKÉ ČINNOSTI BUNĚK Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Vlastnosti prostředí, které buňky obklopuje (tj, teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace krevních plynů, koncentrace glukóza a dalších živin) musí být takové, aby umožňovaly optimální činnost buněčných struktur. Pro buňky obklopující prostředí pak zavedl pojem vnitřní prostředí (dnes se ale častěji používá termín extracelulární, resp. intersticiální tekutina). Regulační mechanismy zajišťují, aby složení vnitřního prostředí (tj. extracelulární, resp. intersticiální tekutiny) bylo stabilní nezávisle na měnících se podmínkách vnějšího prostředí organismu a různé úrovni metabolické činnosti buněk. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

Vnější prostředí organismu Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu tj. teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace O2, CO2, koncentrace glukózy a dalších živin 1932 Walter Cannon JSOU STABILNÍ, NEZÁVISLE NA MĚNÍCICH SE PODMÍNKÁCH VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ A RŮZNÉ ÚROVNI METABOLICKÉ ČINNOSTI BUNĚK Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Tuto regulaci zajišťující pozoruhodnou stabilitu parametrů vnitřního prostředí (objemu, osmolarity, koncentrace iontů, teploty a pH) souhrnně nazýváme pojmem homeostáza. Pojem „Homeostáza“ definoval americký fyziolog Walter Cannon v roce 1932 jako regulaci parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

Téměř „kybernetická“ definice v roce 1932 Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice v roce 1932 1932 Walter Cannon Je zajímavé, že Cannon v roce 1932 definuje homeostázu téměř „kybernetickým slovníkem“.

Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 1932 Walter Cannon Z tohoto hlediska stojí za zmíňku, že žákem Waltera Cannona byl Arturo Rosenblueth, původem Mexičan…. Arturo Rosenblueth (žák W. Cannona¨)

Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 1932 Walter Cannon Z tohoto hlediska stojí za zmíňku, že žákem Waltera Cannona byl Arturo Rosenblueth, původem Mexičan, který na sklonku třicátých a do poloviny čtyřicátých let úzce spolupracoval s matematikem Norbertem Wienerem. Arturo Rosenblueth Nobert Wiener (žák W. Cannona¨) spolupráce

Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 1932 Walter Cannon 1948: N. Wiener: Kybernetika (nauka o řízení a sdělování ve strojích, živých systémech a společnosti) Jedním z důležitých výsledků této spolupráce bylo založení nového oboru „Kybernetiky“, která byla titulem známé knihy, kterou Norbert Wiener vydal v roce 1948. Podtitul knihy zněl: nauka o řízení a sdělování ve strojích, živých systémech a společnosti. Norbert Wiener v této knize vzpomíná na řadu inspirativních seminářů, které profesor Rosenbueth organizoval, na nichž se scházeli odborníci z nejrůznějších oborů a hledali a diskutovali o těch rysech, které jsou těmto, na první pohled vzdáleným oborům (jako např. elektroinženýrství, fyziologie, sociologie) společné. Ukázalo se, že společnými problémy je přenos a zpracování informací a řízení – tedy to, co se stalo předmětem nového oboru kybernetika. Arturo Rosenblueth Nobert Wiener (žák W. Cannona) spolupráce

Vnější prostředí organismu Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu tj. teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace O2, CO2, koncentrace glukózy a dalších živin 1932 Walter Cannon JSOU STABILNÍ, NEZÁVISLE NA MĚNÍCICH SE PODMÍNKÁCH VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ A RŮZNÉ ÚROVNI METABOLICKÉ ČINNOSTI BUNĚK Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Vraťme se ale k pojmu „homeostáza“. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

Vnější prostředí organismu Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu 1932 Walter Cannon intracelulární tekutina extracelulární tekutina Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Vraťme se ale k pojmu „homeostáza“. Vnitřní prostředí je podle současné definice totožné s extracelulární tekutinou. Mezi extracelulární tekutinou a intracelulární tekutinou dochází k výměně látek. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

Vnější prostředí organismu Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu 1932 Walter Cannon intracelulární tekutina extracelulární tekutina Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Zároveň některé látky mohou vznikat a některá zanikat v buněčném metabolismu. Typickým příkladem je kyslík, který je buňkami spotřebováván a oxid uhličitý a voda, které jsou buňkami produkovány. Metabolismus Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

Vnější prostředí organismu Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu 1932 Walter Cannon intracelulární tekutina extracelulární tekutina Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Zároveň dochází k výměně látek mezi organismem a vnějším prostředím organismu. Metabolismus Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

Bilance mezi příjmem a výdejem látky Příjem Bilance mezi příjmem a výdejem látky určuje, zda se rozvíjí retence nebo deplece Zásoby látek v organismu a v jednotlivých tělních tekutinách jsou určovány bilancí mezi příjmem a výdejem příslušné látky. Převažuje-li příjem nad výdejem, zásoba látky se zvyšuje - hovoříme o retenci, v opačném případě mluvíme o depleci. Zásoba Výdej

Vnější prostředí organismu Odhad bilancí Koncentrace Extracelulární tekutina - ECT Klinicky běžně měřitelné však nejsou zásoby jednotlivých látek, ale pouze jejich koncentrace (a to navíc pouze v extracelulární tekutině). Krom toho můžeme odhadovat (nebo v podmínkách intenzívní péče i měřit) bilanci některých látek. Na základě klinických úvah pak můžeme množství látek v jednotlivých oddílech tělních tekutin pouze odhadovat a usuzovat na míru jejich deplece či retenci. Koncentrace látek měříme v části extracelulární tekutiny – v plazmě. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Vnější prostředí organismu Odhad bilancí Koncentrace plazma Lymfa Kapiláry Extracelulární tekutina - ECT intersticiální tekutina Extracelulární tekutina se skládá ze dvou částí – z krevní plazmy a z intersticiální tekutiny. Mezi plazmou a intersticiem dochází k intenzívní výměně látek v krevních kapilárách. Koncentrace jednotlivých iontů a dalších nízkomolekulárních látek jsou v plazmě a v intersticiální tekutině téměř stejná. Rozdílná je však koncentrace bílkovin. Bílkoviny krevní plazmy skrze neporušenou membránu kapilár do intersticia neprocházejí. Pokud se do intersticiální tekutiny nějaké bílkoviny z plazmy dostanou, jsou ihned odstraňovány do lymfatických cév a z lymfou se postupně dostávají zpět do oběhu. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Vnější prostředí organismu krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Kapiláry Kapiláry Extracelulární tekutina - ECT intersticiální tekutina V krvi necirkuluje jenom krevní plazma. Krev také obsahuje červené a bílé krvinky – dohromady tvoří tzv. intravaskulární tekutinu. Tekutina uvnitř krvinek je ovšem součástí ICT. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Vnější prostředí organismu krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Kapiláry Extracelulární tekutina Kapiláry intersticiální tekutina transcelulární tekutina V tělních dutinách obklopených buňkami (jako např. oční komory, mozkové komory) se nachází tzv. transcelulární tekutina – sem patří např. oční tekutina a mozkomíšní mok. Složení tělesných tekutin je výslednicí mezi přítokem a odtokem jednotlivých látek do příslušných oddílů tělesných tekutin. Některé látky se mohou tvořit nebo být spotřebovávány v metabolismu (vodíkové ionty, CO2, O2, voda, kyselina mléčná, ketokyseliny aj.), látky mohou být přijímány z okolí organismu, nebo jsou do okolí do naopak vylučovány prostřednictvím jednotlivých orgánů. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Vnější prostředí organismu GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Extracelulární tekutina Kapiláry intersticiální tekutina transcelulární tekutina Tyto orgány fungují jako určité výměníky mezi organismem a jeho vnějším prostředím. K těmto „výměníkům“ patří kůže – skrze kůži organismus ztrácí prostřednictvím potu vodu a ionty, především sodík a chloridy. Kůže hraje velkou úlohu v termoregulaci organismu – zvýšením prokrvení kůže se může odvádět teplo, organismus může ochladit i zvýšené pocení a následné odpařování. Ztráty vody a iontů při zvýšeném pocení (v důsledku větší vnější teploty nebo větší tělesné námahy) mohou být značné a homeostatické mechanismy musí zajistit stálost vnitřního prostředí. Za patologických okolností – při popáleninách, se může kůží ztrácet velké množství vody a iontů – tyto ztráty jsou jednou ze základních příčin popáleninového šoku. Dalším důležitým „výměníkem“ je zažívací trakt. Jeho prostřednictvím přijímáme do těla živiny, ionty a vodu. Vody a ionty můžeme také ztrácet při průjmech a zvracení. Prostřednictvím plic organismus zajišťuje přísun kyslíku a odsun oxidu uhličitého z organismu. Protože vzduch v plicích je prakticky úplně nasycen vodními parami, ztrácí se při dýchání prostřednictvím plic z organismu i voda. Důležitým orgánem, jehož prostřednictvím organismus reguluje složení vnitřního prostředí (vylučováním vody a iontů), jsou ledviny. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Vnější prostředí organismu GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Cirkulace Extracelulární tekutina Kapiláry „míchání“ intersticiální tekutina transcelulární tekutina Protože složení tělesných tekutin je výslednicí mezi přítokem a odtokem jednotlivých látek do příslušných oddílů tělesných tekutin, homeostatické regulační mechanismy se uplatňují prostřednictvím regulace velikosti toků látek mezi organismem a jeho okolím a mezi jednotlivými oddíly tělních tekutin navzájem. Ovlivňováním těchto toků organismus zajišťuje regulační odpověď na ztrátu či depleci jednotlivých látek. Plíce jsou základním regulačním orgánem pro homeostázu krevních plynů, ledviny jsou základním regulačním orgánem pro objemovou a iontovou homeostázu, jak plíce taki i ledviny zajišťují regulaci acidobazické homeostázy. Důležitá je úloha oběhového systému, který zajišťuje přenos látek mezi plazmou a intersticiální tekutinou. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Vnější prostředí organismu GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Cirkulace Extracelulární tekutina Kapiláry „míchání“ intersticiální tekutina transcelulární tekutina V udržování stálosti vnitřního prostředí (homeostáze) se tak uplatní regulace dýchání, ledvin, oběhu i zažívacího traktu, včetně příslušných endokrinních regulačních smyček. Poruchy těchto fyziologických subsystémů se pak projeví poruchami vnitřního prostředí. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

Homeostáza vnitřního prostředí a jejím poruchy Fyziologie a patofyziologie objemové a osmotické homeostázy Fyziologie a patofyziologie iontové rovnováhy Fyziologie a patofyziologie acidobazické rovnováhy Smíšené poruchy vnitřního prostředí Z hlediska výukového můžeme poruchy homeostázy členit na poruchy osmotické a objemové homeostázy, poruchy iontové homeostázy a poruchy acidobazické rovnováhy. Toto členění je jen didaktické. V klinice se často setkáváme se smíšenými poruchami, kde acidobazická porucha je provázena poruchou iontovou, a často i narušením objemové a osmotické homeostázy. Ke správné diagnostice a léčení těchto poruch je nutné pochopit a porozumět patogenezu jejich vzniku a způsob uplatnění fyziologických regulačních mechanismů. K tomu slouží i následující multimediální program.

Bilance mezi příjmem a výdejem látky Příjem Bilance mezi příjmem a výdejem látky určuje, zda se rozvíjí retence nebo deplece Zásoba Výdej

Homeostáza vnitřního prostředí a jejím poruchy Fyziologie a patofyziologie acidobazické rovnováhy Z hlediska výukového můžeme poruchy homeostázy členit na poruchy osmotické a objemové homeostázy, poruchy iontové homeostázy a poruchy acidobazické rovnováhy. Toto členění je jen didaktické. V klinice se často setkáváme se smíšenými poruchami, kde acidobazická porucha je provázena poruchou iontovou, a často i narušením objemové a osmotické homeostázy. Ke správné diagnostice a léčení těchto poruch je nutné pochopit a porozumět patogenezu jejich vzniku a způsob uplatnění fyziologických regulačních mechanismů. K tomu slouží i následující multimediální program.

H+ H2O + H+ OH- H2O - OH- H2O H3O+ H2O + H3O+ H2O OH- - OH- H2O

H+ H2O H2O OH- H2O

H+ H2O OH- H+ + OH- H2O K‘ = = K‘ [H2O] = [H+][OH-] v1=k1[H2O] OH- H2O H+ + v2=k2[H+][OH-] pH = 7.4 [H+] = 10-7,4 mol/l ´= 40 nmol/l v1=v2 pH= -log [H+] k1[H2O] =k2[H+][OH-] k2 [H+][OH-] [H2O] k1 K‘ = = K‘ [H2O] = [H+][OH-] [H+] = 1,55 10-7 mol/l ´= 155 nmol/l [H2O] = constant [OH-] = 1,55 10-7 mol/l ´= 155 nmol/l Kw = [H+][OH-] = 2,4 10-14 mol2/l2 at 37°C

H+ H2O OH- H+ + OH- H2O K‘ = = K‘ [H2O] = [H+][OH-] v1=k1[H2O] OH- H2O H+ + v2=k2[H+][OH-] pH = 7.4 [H+] = 10-7,4 mol/l ´= 40 nmol/l v1=v2 pH= -log [H+] k1[H2O] =k2[H+][OH-] k2 [H+][OH-] [H2O] k1 K‘ = = K‘ [H2O] = [H+][OH-] [H+] = 1,55 10-7 mol/l ´= 155 nmol/l [H2O] = konstanta [OH-] = 1,55 10-7 mol/l ´= 155 nmol/l Kw = [H+][OH-] = 2,4 10-14 mol2/l2 at 37°C 27

H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

H2O H2O H2O H2O H2O H2O H3O+ H2O OH- H2O H2O H2O

H2O H2O H2O H2O H2O H3O+ H2O H2O OH- H2O H2O H2O

H2O H2O H3O+ H2O H2O H2O H2O H2O OH- H2O H2O H2O

H2O H2O H3O+ H2O H2O H2O H2O H2O OH- H2O H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H2O H2O H2O H2O H2O H3O+

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H2O H3O+ H2O H2O H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H2O H2O H3O+ H2O H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H3O+ H2O H2O H2O H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H2O H2O H2O H3O+ H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H3O+ H2O H2O H2O H2O H2O H2O

H3O+ + H2O H2O + H3O+ OH- + H2O H2O + OH- H2O H2O H2O H2O H2O H3O+ H2O

Přerušení vazby díky navázaní OH- Obr BílkVazby. V síti vazeb které udržují prostorovou konformaci bílkovin hrají velkou úlohu iontové vazby. Změna koncentrace a následné navázání vodíkových nebo hydroxylových iontů na bílkovinnou molekulu může tyto vazby modifikovat a vést ke změně prostorové konformace bílkovinné makromolekuly a tím i ke změně jejich funkce. H3O+ Přerušení vazby díky navázaní H+ H3O+

H+ Cl- H2O H+ + OH- H2O Kw = [H+][OH-] = 2,4 10-14 mol2/l2 při 37°C

Cl- H+ H2O H+ + OH- H2O Kw = [H+][OH-] = 2,4 10-14 mol2/l2 při 37°C

H2O Pufry OH- H+ HBuf Buf- [H+][Buf-] / [HBuf] = K H+ + Buf- HBuf

H+ Pufry H2O HBuf Buf- H+ [H+][Buf-] / [HBuf] = K H+ + Buf- HBuf OH-

Pufry +HBuf -Buf- H2O HBuf Buf- H+ [H+][Buf-] / [HBuf] = K

Pufrační křivka H20 H+ + OH- H2O H+ H+ pH Cl- Addition of OH- mmol/l Addition of H+ mmol/l -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

Pufrační křivka H20 H+ + OH- H2O Na+ pH OH- OH- Addition of OH- mmol/l Addition of H+ mmol/l -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 48

Pufrační křivka Buf- HBuf H+ + Buf HBuf H+ + Buf HBuf OH- H2O pH Addition of OH- mmol/l Addition of H+ mmol/l -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 49

Dibazické aminokyseliny (lysin, arginin, histidin) Sirné aminokyseliny (cystein, methionin) SO42- CO2+H2O H+ proton-produkční reakce: CO2 H+ Močovina Organické fosfáty HPO42- H2PO4- CO2+H2O H+ upřednostněno při alkalémii 1 160 mmol/den H+ Dikarboxylové aminokyseliny (glutamát, asparagát) H+ CO2+H2O Glutamin Glutamát (2-oxoglutarát) NH4+ 35 mmol/den upřednostněno při acidémii H+ CO2+H2O Neutrální aminokyseliny aminoskupina uhlíkový skelet 1 100 mmol/den proton-konsumpční reakce: upřednostněno při alkalémii 25 mmol/den (titrovatelná acidita) Anionty organických kyselin (např. citrát) CO2+H2O H+

Neutrální aminokyseliny Při jaterním selhání je tato regulační vazba porušena a proto je tendence k alkalémii (a ke zvýšení hladiny NH4+ v krvi) H+ Močovina NH4+ CO2 Aminoskupina CO2+H2O H+ Neutrální aminokyseliny Uhlíkový skelet - acidémie - inhibice enzymatické aktivity alkalémie - aktivace enzymatické aktivity upřednostněno při alkalémii NH4+ Glutamin Glutamát (2-oxoglutarát) NH4+ H+ +NH3 H+ NH3 + H+ NH3 Proximální tubulus Distální nefron upřednostněno při acidémii

CO2 H2O H2CO3 HCO3- H+ A- TA+NH4+ 20 000 mmol/24 hod 60 mmol/24 hod Exkrece H+ Prakticky úplná reabsorbce bikarbonátů Metabolická tvorba silných kyselin Metabolická tvorba CO2 obr. 13.20 Za normálních okolností je metabolická tvorba oxidu uhličitého v rovnováze s jeho odsunem respirací a metabolická tvorba silných kyselin (vodíkových iontů a příslušných aniontů silných kyselin - na obr. označené jako A-) s jejich exkrecí ledvinami (vylučovaných ve formě titrovatelné acidity - TA a amonného iontu). Toky oxidu uhličitého a vodíkových iontů jsou propojeny přes bikarbonátový systém, pH tedy závisí jak na bilanci CO2 (respirační složka acidobazické rovnováhy), tak na bilanci H+ (metabolická složka acidobazické rovnováhy).

CO2 H2O H2CO3 HCO3- H+ A- TA+NH4+ 20 000 mmol/24 hod 60 mmol/24 hod Exkrece H+ Prakticky úplná reabsorbce bikarbonátů Metabolická tvorba silných kyselin Metabolická tvorba CO2 Porucha bilance: Respirační acidóza/alkalóza obr. 13.20 Za normálních okolností je metabolická tvorba oxidu uhličitého v rovnováze s jeho odsunem respirací a metabolická tvorba silných kyselin (vodíkových iontů a příslušných aniontů silných kyselin - na obr. označené jako A-) s jejich exkrecí ledvinami (vylučovaných ve formě titrovatelné acidity - TA a amonného iontu). Toky oxidu uhličitého a vodíkových iontů jsou propojeny přes bikarbonátový systém, pH tedy závisí jak na bilanci CO2 (respirační složka acidobazické rovnováhy), tak na bilanci H+ (metabolická složka acidobazické rovnováhy). Porucha bilance: Metabolická acidóza/alkalóza

Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

Bikarbonátový pufr – uzavřený systém - CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O - CO2 HCO3 A obr. 13.21 A - Pufrování v uzavřeném systému, dokonale odděleném od okolí, vyplněném CO2 (např. v sifonové lahvi). Mezi všemi složkami bikarbonátového systému existuje rovnováha. Po přidání silné kyseliny se ustavuje nový rovnovážný stav. B - Pufrování v otevřeném systému, kde množství CO2, které je do něho přiváděno zvenčí se rovná množství CO2, které se z něho za tutéž dobu uvolní do okolí. Příkladem je vnitřní prostředí, kam CO2 přichází jako produkt buněčného metabolismu a odkud je odstraňován respiračním systémem. Respirace, která v arteriální krvi udržuje hladinu CO2 na stálé úrovni, závislé na alveolární ventilaci zefektivňuje pufrování silných kyselin a bazí bikarbonátovým nárazníkem. H2CO3 H+ H2O

Bikarbonátový pufr – otevřený systém - CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O - CO2 HCO3 A obr. 13.21 A - Pufrování v uzavřeném systému, dokonale odděleném od okolí, vyplněném CO2 (např. v sifonové lahvi). Mezi všemi složkami bikarbonátového systému existuje rovnováha. Po přidání silné kyseliny se ustavuje nový rovnovážný stav. B - Pufrování v otevřeném systému, kde množství CO2, které je do něho přiváděno zvenčí se rovná množství CO2, které se z něho za tutéž dobu uvolní do okolí. Příkladem je vnitřní prostředí, kam CO2 přichází jako produkt buněčného metabolismu a odkud je odstraňován respiračním systémem. Respirace, která v arteriální krvi udržuje hladinu CO2 na stálé úrovni, závislé na alveolární ventilaci zefektivňuje pufrování silných kyselin a bazí bikarbonátovým nárazníkem. H2CO3 H+ H2O

Nebikarbonátové pufry Pufrační systémy krve CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ + Buf- HBuf H+ + Hb- HHb H+ + Alb- HAlb H+ + HPO42- H2PO4- Nebikarbonátové pufry Buf = Hb + Alb + PO4-

Buffering reactions H2CO3 HCO3- H+ CO2 HBuf Buf- H2O

Metabolická tvorba silných kyselin - CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 40 nmol/l (pH=7,40) H2O H+ A obr. 13.22 A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. 20 000 mmol/24 hod Metabolická tvorba CO2 60 mmol/24 hod Metabolická tvorba silných kyselin

Metabolická tvorba silných kyselin - CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 40 nmol/l (pH=7,40) H2O H+ A obr. 13.22 A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. 20 000 mmol/24 hod Metabolická tvorba CO2 60 mmol/24 hod Metabolická tvorba silných kyselin

Metabolická tvorba silných kyselin dHCO3 = + 60 nmol/l - - CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 60 nmol/l (pH=7,2) H2O H+ +1 mmol/l A obr. 13.22 A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. 20 000 mmol/24 hod Metabolická tvorba CO2 60 mmol/24 hod Metabolická tvorba silných kyselin

A 20 000 mmol/24 hod - CO2 HCO3 TA+NH4+ H2CO3 H2O H+ HBuf Buf - - dHCO3 = +1 mmol/l - - CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 60 nmol/l (pH=7,2) 43 nmol/l (pH=7,37) H2O H+ +1 mmol/l A obr. 13.22 A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. HBuf 20 000 mmol/24 hod dBuf - = -1 mmol/l Metabolická tvorba CO2 Buf -

CO2 H2O H2CO3 HCO3 H+ Buf - HBuf +1 mmol/l = 1 000 000 nmol/l 24 mmol/l 43 nmol/l (pH=7,37) Buf - HBuf +1 mmol/l dBuf - = -1 mmol/l dHCO3 = +1 mmol/l A: Titrace CO2 „in vitro“ Při vzestupu CO2 hodnota celkové koncentrace nárazníkových bazí (Buffer Base) - BB se nemění: BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] = const 999 997 nmol/l H+ bylo „odpufrováno“ nebikarbonátovými nárazníky A obr. 13.22 A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají.

Difúze podle koncentračního gradientu CO2 H2O H2CO3 HCO3 - H+ Buf - HBuf Difúze podle koncentračního gradientu Intersticium Krev B: Titrace CO2 „in vivo“ Koncentrace CO2 v krvi a v IST jsou v ekvilibriu V IST je malá koncentrace nebikarbonátových pufrů Při vzestupu CO2 hodnota BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] v krvi klesá B obr. 13.22 A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají.

Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

K+ K+ K+ K+mmol/l 8 7 H+ 6 B H+ B: Acidóza - výměna K+ za H+ Pásmo normální kalémie K+ 5 C K+ H+ C: Dlouhodobá acidóza - deplece K+ A 4 D K+ H+ D: Rychlá alkalizace - výměna H+ za K+ - nebezpečná hypokalémie 3 2 1 A: Norma pH 6,9 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8

Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

Pásmo maximální respirační kompenzace Kompenzační diagramy PCO2 torr 90 pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 80 pH=7,5 Pásma akutních poruch 70 pH=7,6 60 50 Norma 40 30 20 10 Pásmo maximální respirační kompenzace -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 Base Excess mmol/l Pásmo maximální respirační kompenzace

Pomalá difúze podle koncentračního gradientu Respirační kompenzace Dechové centrum CO2 H+ H2CO3 H2O - HCO3 Pomalá difúze podle koncentračního gradientu CO2 dobře prochází hematoencefalickou bariérou Mozkomíšní mok Bikarbonát špatně prochází hematoencefalickou bariérou Koncentrace CO2 v krvi a v moku jsou v ekvilibriu Krev - obr. 13.34 Při náhle vzniklé metabolické acidóze pokles bikarbonátů v moku zaostává za jejich poklesem v plazmě. Příčinou je malá permeabilita hematoencefalické bariéry pro bikarbonátové ionty. Spolu s postupným poklesem hladiny bikarbonátů v moku pomalu klesá i mozkomíšní pH a tím se postupně stimulují centrální chemoreceptory dechového centra. Ventilace pozvolna stoupá. Adaptační odpověď respirace na náhle vzniklou metabolickou acidózu proto dosahuje svého maxima až za 12 hodin. HCO3 CO2 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf -

Mozkomíšní mok Krev Respirační kompenzace CO2 H+ H2CO3 H2O - HCO3 - pokles pH - stimulace dechového centra Dechové centrum CO2 H+ H2CO3 H2O - HCO3 Pomalá difúze podle koncentračního gradientu CO2 dobře prochází hematoencefalickou bariérou Mozkomíšní mok Bikarbonát špatně prochází hematoencefalickou bariérou Koncentrace CO2 v krvi a v moku jsou v ekvilibriu Krev retence H+ - obr. 13.34 Při náhle vzniklé metabolické acidóze pokles bikarbonátů v moku zaostává za jejich poklesem v plazmě. Příčinou je malá permeabilita hematoencefalické bariéry pro bikarbonátové ionty. Spolu s postupným poklesem hladiny bikarbonátů v moku pomalu klesá i mozkomíšní pH a tím se postupně stimulují centrální chemoreceptory dechového centra. Ventilace pozvolna stoupá. Adaptační odpověď respirace na náhle vzniklou metabolickou acidózu proto dosahuje svého maxima až za 12 hodin. HCO3 CO2 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf -

Mozkomíšní mok Krev Respirační kompenzace CO2 H2CO3 H2O - HCO3 H+ HBuf Pomalá difúze podle koncentračního gradientu Mozkomíšní mok Respirační kompenzace Koncentrace CO2 v krvi a v moku jsou v ekvilibriu Krev Bikarbonát špatně prochází hematoencefalickou bariérou Dechové centrum retence H+ CO2 dobře prochází hematoencefalickou bariérou pokles pH - stimulace dechového centra obr. 13.34 Při náhle vzniklé metabolické acidóze pokles bikarbonátů v moku zaostává za jejich poklesem v plazmě. Příčinou je malá permeabilita hematoencefalické bariéry pro bikarbonátové ionty. Spolu s postupným poklesem hladiny bikarbonátů v moku pomalu klesá i mozkomíšní pH a tím se postupně stimulují centrální chemoreceptory dechového centra. Ventilace pozvolna stoupá. Adaptační odpověď respirace na náhle vzniklou metabolickou acidózu proto dosahuje svého maxima až za 12 hodin.

Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

PCO2 torr Base Excess mmol/l 90 pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 80 pH=7,5 Max. renální kompenzace 70 Akutní respirační acidóza pH=7,6 60 Max. respir. kompenzace 50 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza 40 30 Max. resp. kompenzace respirační alkalóza Akutní Max. renální kompenzace 20 10 -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 Base Excess mmol/l

Buňka proximálního tubulu -68mV + - -70mV -2mV 4500 mmol HCO3-/24hod glutamináza NH4+ - Glutamin + Glutamin Na+ Na+-K+ ATPáza NH4+ K+ K+ HCO3- Na+ Angiotensin II - Na+ Gi - - CAMP + H+ H+ AC + ATP Parathormon Gs H2O H2O obr. 13.29 Acidifikační mechanismy v proximálním tubulu. Zhruba dvaadevadesát procent vodíkových iontů secernovaných do proximálního tubulu je spotřebováváno na reabsorpci bikarbonátů. Reabsorpce bikarbonátů se urychlí při zvýšení jejich nabídky z glomerulárního filtrátu. Na+/H+ výměnu zvýší i angiotenzin II - přes inhibiční G-protein (Gi) utlumí aktivitu adenylát cyklázy, sníží tím množství cAMP, který má tlumivý vliv na Na+/H+ transportér. Opačný význam má parathormon (PTH). Hypokalémie a pokles pH zvýší aktivitu glutaminázy - a tím si sekreci amonných iontů. OH- Na+ Na+ H2CO3 karboanhydráza HCO3- HCO3- karboanhydráza CO2 3825 mmol HCO3-/24hod CO2 675 mmol HCO3- /24hod Buňka proximálního tubulu

Rychlost reabsorbce a exkrece HCO3- filtrováno při pCO2 = 60 torr Readsorbce HCO3- při pCO2 = 40 torr Rychlost reabsorbce a exkrece HCO3- při pCO2 = 40 torr obr. 13.30 Substrátový efekt při reabsorpci bikarbonátů: při vzestupu pCO2 stoupne nabídka bikarbonátů v glomerulárním filtrátu. Zároveň se však zvýší i rychlost jejich reabsorpce. Exkrece HCO3- při pCO2 = 60 torr 4 8 16 20 24 28 32 36 40 mmol/l Hladina HCO3- v plazmě (a v glomerulárním filtrátu)

(titrovatelná acidita) -interkalární buňky H+ -ATPáza H2O H+ OH- CO2 HCO3- karboanhydráza Cl- b-interkalární buňky HCO3- Cl- + Aldosteron - Cl- CO2 HCO3- karboanhydráza OH- H2O H+ + H+ H+ -ATPáza H+ HCO3- CO2 HPO42- H2PO4- (titrovatelná acidita) lumen NH3 NH4+

(titrovatelná acidita) hlavní buňky -interkalární buňky H+ -ATPáza H2O H+ OH- CO2 HCO3- karboanhydráza Cl- b-interkalární buňky Na+ K+ Cl- HCO3- Cl- K+ Aldosteron + + + Cl- CO2 HCO3- karboanhydráza Na+-K+ ATPáza OH- H2O + Na+ K+ H+ Na+ H+ -ATPáza A- (nerezorbovatelný aniont) H+ HCO3- CO2 HPO42- H2PO4- (titrovatelná acidita) lumen NH3 NH4+ Cl- Cl-

Neutrální aminokyseliny Při jaterním selhání je tato regulační vazba porušena a proto je tendence k alkalémii (a ke zvýšení hladiny NH4+ v krvi) H+ Močovina NH4+ CO2 Aminoskupina CO2+H2O H+ Neutrální aminokyseliny Uhlíkový skelet - acidémie - inhibice enzymatické aktivity alkalémie - aktivace enzymatické aktivity upřednostněno při alkalémii NH4+ Glutamin Glutamát (2-oxoglutarát) NH4+ H+ +NH3 H+ NH3 + H+ NH3 Proximální tubulus Distální nefron upřednostněno při acidémii

HCO3- Prox. Tubul.

5 1 3 4 6 2 Glutamin glutamináza CO2 CO2 NH4+ Na+ NH4+ HCO3- Na+ NH4+ Cl- 3 Cl- H+ Na+ 4 NH4+ CO2 6 obr. 13.31 Význam amonných iontů v acidifikaci moči. (1) Amonné ionty vytvářené glutaminázou z glutaminu jsou secernovány do proximálního tubulu. Amonné ionty bez pomoci přenašeče nemohou procházet skrze buněčnou membránu a proto jsou v tubulech vlastně "chyceny". Na konci Henleho kličky (kde je alkaličtější pH než na konci proximálního tubulu a tudíž i větší koncentrace NH3) amoniak, odštěpený z amonného iontu prochází z tubulu do intersticia ledvin (2). Krom toho, do intersticia ledvin je pomocí přenašeče reabsorbován i amonný iont ve vzestupné části Henleho kličky (3). Amoniak se částečně vrací do sestupného raménka Henleho kličky (4), kde je díky kyselé moči pevněji vázán s vodíkovým iontem - v Henleho kličce tedy dochází k recirkulaci amoniaku. Amonné ionty jsou z dřeně ledvin vymývány krví (5). Zároveň se amoniak přitahován kyselým prostředím sběrných kanálků, kde slouží jako akceptor vodíkových iontů (6) a zvyšuje tak kapacitu vodíkové pumpy. Čím kyselejší je pH ve sběrných kanálcích, tím více amoniaku se přesouvá do sběrných kanálků (a tím méně amonných iontů je vymýváno ze dřeně krví). CO2 NH3 Cl- H+ H++ HCO3- HCO3- HCO3- H+ 2 NH4+ NH3 NH4+

Vyšetřování poruch ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Vyšetřování poruch ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Vyšetřování poruch ABR Alkalická rezerva pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Vyšetřování poruch ABR P. Astrup 1956 pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Ekvilibrační metoda podle Astrupa Paul Astrup log PCO 2 Vysoká hladina pCO2 v plynné směsi O2/CO2 Titrační křivka (přímka) pCO2 v měřeném vzorku krve Nízká hladina pCO2 V plynné směsi O2/CO2 pH Naměřené pH v měřeném Vzorku krve před ekvilibrací pH po ekvilibraci s vysokým pCO2 pH po ekvilibraci s nízkým pCO2

Závisí na koncentraci hemoglobinu Buffer Base (BB) BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] CO2 - HCO3 Závisí na koncentraci hemoglobinu H2CO3 H2O H+ Norma Buffer Base (NBB): NBB=41.7+0.42*cHB [g/100ml] HBuf Buf - Nadbytek bazí Base Excess: BE=BB-NBB

Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve CO2 - HCO3 H2CO3 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve H2O H+ HBuf Buf -

Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve CO2 - HCO3 H2CO3 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve H2O H+ HBuf Snížení koncentrace [HCO3-] + [Buf-] o 1 mmol/l Buf - BE=-1mmol/l

Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve CO2 - HCO3 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve H2CO3 H2O H+ HBuf Buf -

Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve CO2 - HCO3 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve H2CO3 H2O H+ HBuf Zvýšená koncentrace [HCO3-] + [Buf-] o 1 mmol/l Buf - BE= 1mmol/l

Siggaard-Andersen BB=[HCO3-] +[Buf-] = konst Jak změřit ВВ a ВЕ? CO2 H2O H+ HBuf Siggaard-Andersen Buf- BB=[HCO3-] +[Buf-] = konst

log pCO2 Plazma a krev s různými koncentracemi hemoglobinu křivka BE BE=0 40 torr BE=-5 BE=5 BE=-10 7.4 pH

BE=0 mEq/l BE=-15 mEq/l

BE=-6 mmol/l pH=7.29 pCO2=44 mm Hg [HCO3]=20 mmol/l CHb=16 g/100 ml

Poruchy ABR: CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů Buf - Bilanční poruchy ABR: - metabolická acidóza/alkalóza - respirační acidóza/alkalóza

CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Diluční acidémie Contrakční alkalémie Hypoproteinemická alkalémie Buf -

Diluce CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Diluční acidémie Buf -

Diluce Posun rovnováhy CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Diluční acidémie Buf -

Hemokoncentrace CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů:: Kontrakční alkalémie Buf -

Hemokoncentrace CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Kontrakční alkalémie Buf -

Hemokoncentrace CO2 - HCO3 Posun rovnováhy TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Kontrakční alkalémie Buf -

Akutní hypoproteinémie CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Hypoproteinová alkalémie Buf -

Akutní hypoproteionémie CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 Posun rovnováhy CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Hypoproteinová alkalémie Buf -

Acidobazické poruchy: CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 balance H2O H+ H+ balance HBuf Poruchy pufračních systémů Buf - Bilanční acidobazické poruchy: - metabolická acidóza/alkalóza - respirační acidóza/alkalóze

Akutní metabolická acidóza CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf - 3. Respirace udržuje hladinu CO2 neměnnou, zvyšuje se tím účinnost bikarb. pufru 2. Spotřeba bikarbonátů v pufrační reakci - CO2 HCO3 H2CO3 1. Primární porucha: retence H+ H+ H2O 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+ se díky bufrům mění málo HBuf PCO2 BE Buf - 2. Spotřeba nebikarbonátových bazí v pufrační reakci

Respirační kompenzace 3. Posun rovnováhy doleva Metabolické acidózy 2. Respirační odpověď: Pokles hladiny CO2 - CO2 HCO3 H2CO3 1. Primární porucha: Retence H+ H+ H2O 4. Patofyziologický důsledek: snížení hladiny H+ HBuf 3. Posun rovnováhy doleva PCO2 BE Buf -

PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

Reabsorbce bikarbonátů (5) nadměrný přívod HCO3- (4) průjem (2) porucha exkrece H+ (3) ztráty HCO3- Exkrece H+ CO2 HCO3- H2CO3 TA+NH4 + Retence H+ Deplece H+ H2O H+ HBuf A- (7) deplece K+ hyperaldosteronismus katabolismus K+ H+ (6) zvracení Buf - (1) zvýšená metabolická tvorba silných kyselin

A- NH3 H+ HCO3- Cl- Cl- NH4+ Cl- K+ Na+ Na+ Na+ Na+ HCO3- HCO3- HCO3- Gastrointestinální ztráty bikarbonátů NH3 A- H+ HCO3- Cl- H+ Hromadění aniontů silných kyselin (laktátová acidóza ketoacidóza uremická acidóza) Cl- NH4+ Cl- Urea Předávkování NH4Cl K+ Normální deficit aniontů Na+ Deficit aniontů Na+ Na+ Zvýšený deficit aniontů Na+ v moči: [K+]+[Na+]-[Cl-] < 0 HCO3- HCO3- HCO3- Cl- Cl- Relativní hromadění chloridů Cl- Cl- NH3 HCO3- HCO3- H+ Snížená acidifikace (tubulární acidózy, nízkoreninový hypoaldosteronismus, snížená glomer. filtrace) HCO3- Cl- NH4+ K+ Cl- Na+ v moči: [K+]+[Na+]-[Cl-] >= 0

norma c b a c b a norma Kompletní reabsorbce norma proximální tubulární renální acidóza Rychlost reabsorbce bikarbonátů c b a 10 15 20 25 Plazmatická hladina HCO3- c b a norma pH=5,5 pH=6,5 pH=7,8 pH=5,5

Tlusté střevo – vstřebávání NaCl (a osmoticky navázané vody)

Alkalický průjem – hyperchloremická metabolická acióza

Těžký alkalický průjem – hyperchloremická metabolická acióza

Akutní metabolická alkalóza CO2 HCO3 H2CO3 H2O H+ HBuf Buf - 3. Respirace udržuje hladinu CO2 neměnnou, zvyšuje se tím účinnost bikarb. pufru CO2 - HCO3 H2CO3 2. Disociace kyseliny uhličité v pufrační reakci 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+ se díky pufračním reakcím snižuje málo H2O H+ 2. Disociace nebikarbonátových kyselin v pufrační reakci 1. Primární porucha deplece H+ HBuf PCO2 BE Buf -

Respirační kompenzace metabolické alkalózy 2. Regulační odpověď ventilace: Zvýšení hladiny CO2 3. Posun rovnováhy v pufračních systémech doprava CO2 - HCO3 H2CO3 4. Patofyziologický důsledek: zvýšení snížené hladiny H+ H2O H+ 1. Primární porucha: deplece H+ PCO2 BE HBuf Buf -

PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

Na+ Cl- Na+ H+ Cl- K+ Cl- H+ H+ H+ K+ K+ H+ K+ Primární příčina: Ztráty Cl- a H+ zvracením Zbytek sodíku směňován za draslík a H+ Na+ Cl- K+ H+ Glomerulární filtrát (norma) Readsorbce sodíku s chloridy NH4+ Na+ H+ Cl- K+ Glomerulární filtrát (hypochloremická alkalóza) Reabsorbce sodíku s chloridy je snížena Zvyšuje se nabídka sodíku pro směnu za draslík a H+ Stoupá exkrece draslíku a bez ohledu na metabolickou alkalózu se acidifikace moči zvyšuje Deplece chloridů Cl- H+ Metabolická alkalóza H+ H+ K+ K+ Intracelulární tekutina Deplece draslíku obr. 13.42 Patogeneze vzniku paradoxní acidifikace moči a deplece draslíku po ztrátách chloridů při těžkém zvracení. H+ K+ Paradoxní acidifikace moči Zvýšený odpad draslíku

Akutní respirační acidóza CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf - 1. Primární porucha: Retence CO2 2. Posun rovnováhy doprava - CO2 HCO3 3. Disociace kyseliny uhličité – tvorba iontů H+ H2CO3 H+ H2O 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+ se stoupá díky pufračním reakcím jen málo HBuf PCO2 BE Buf - 3. Ionty H+ jssou navazovány na nebikarbonátové baze

Renální kompenzace respirační aciózy CO2 HCO3 H2CO3 H2O H+ HBuf Buf - 2. Regulační odpověď ledvin: Zvýšení exkrece titrovatelné acidity (TA) a amonných iontů provázená ekvimolární tvorbu bikarbonátů 1. Primární porucha: retence CO2 zvýšení hladin CO2 a H2CO3 v arteriální krvi - CO2 HCO3 TA+NH4 + 3. Retence bikarbonátů posouvá rovnováhu doprava což vede k poklesu zvýšené hladiny H+ iontů H2CO3 H2O H+ Zvýšení hladiny H+ 4. Patofyziologický důsledek: Snížení zvýšené hladiny H+ PCO2 BE HBuf Buf -

PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

Akutní respirační alkalóza 2. Posun ekvilibria doprava, 1. Primární porucha: Deplece CO2 2. Posun ekvilibria doprava, - CO2 HCO3 3. Ionty H+ se spojují s ionty bikarbonátů H2CO3 3. Spotřebovávané ionty H+ pocházejí z disociovaných nebikarbonátových kyselin H+ H2O H+ 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+klesá (díky pufračním reakcím) jen málo HBuf PCO2 BE Buf -

Renální kompenzace respirační alkalózy 1. Primární porucha: deplece CO2 2. Regulační odpověď ledvin: Snížení exkrece TA a amonných iontů, případně exkrece bikarbonátů – tvorba bikarbonátů v ledvinách je nižší než metabolická tvorba silných kyselin (respirace udržuje nízkou hladuinu CO2 a H2CO3 v art. krvi) - CO2 HCO3 3. Metabolická produkce H+ je větší nez jejich exkrece v ledvinách H2CO3 Pokles hladiny H+ H2O H+ 4. Patofyziologický důsledek: vzestup snížené hladiny H+ HBuf PCO2 BE Buf -

PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

díky posunu disociační Concentration of O2 PaO2 PvO2 Arterial krev při pH=7,4 Venózní krev při pH=7,2 Kyslík uvolněný díky posunu disociační křivky doprava (Bohrův efekt) Uvolnění kyslíku v tkáních díky poklesu obr. 13.35 Význam Bohrova efektu pro uvolňování kyslíku z krve do tkání. Na tkáňovém konci kapilár vlivem přesunu oxidu uhličitého z tkání do krve klesá pH. Disociační křivka hemoglobinu se posouvá doprava. To umožňuje při stejné tenzi kyslíku uvolnit z krve do tkání další množství kyslíku.

Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav) (alkalémie) Uvolnění kyslíku při alkalémii Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav) Concentration of O2 Uvolnění kyslíku za normálních podmínek Venózní krev při pH=7,36 (alkalémie) Venózní krev při pH=7,2 (normální stav) obr. 13.36 Patogenetické mechanismy snížení dodávky kyslíku do tkání při akutní respirační alkalóze. Snížení uvolnění kyslíku při alkalémii PO2 normal PaO2 PvO2 High PaO2 during hyperventilation at respiratory alkalosis

Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav) (alkalémie) Uvolnění kyslíku při alkalémii Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav) Concentration of O2 Uvolnění kyslíku za normálních podmínek Venózní krev při pH=7,36 (alkalémie) Venózní krev při pH=7,2 (normální stav) obr. 13.36 Patogenetické mechanismy snížení dodávky kyslíku do tkání při akutní respirační alkalóze. Snížení uvolnění kyslíku při alkalémii PO2 normal PaO2 PvO2 High PaO2 during hyperventilation at respiratory alkalosis Tvorba kyseliny mléčné snížení PO2 v buňkách acidifikace krve

Průjem -> metabolická acidóza Příklady smíšených acidobazických poruch -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza Metabolická acidóza + respirační acidóza Průjem -> metabolická acidóza + zvracení -> metabolická alkalóza + katabolismus, -> ketoacidóza Metabolická acidóza + respirační alkalóza