1. UVOD
1.1. Definicija pufra
Pufri so raztopine, ki zmanjšujejo spreminjanje pH pri dodatku kisline ali baze. S to lastnostjo varujejo organizem pred velikimi spremembami koncentracije H+ ionov.
Po definiciji so pufri raztopine šibke kisline (HA) in njene konjugirane baze(A-) ali obratno.
1.2. Henderson-Hasselbalchova enačba
S to enačbo izračunamo pH pufra, ki je odvisen od razmerja med šibko kislino (HA) in njeno konjugirano bazo (A-).
Enačba:


Moč pufra je odvisna od njegove koncentracije in od pH, v katerem se pufer nahaja, kar pomeni, od razmerja .
Moč pufra je večja, tem bližje 1 je zgornje razmerje, torej tem bližje je pH raztopine, v kateri se pufer nahaja, vrednosti pKa.
1.3. Pufri v telesu
Pufri v krvi in intersticiju MEHANIZEM PUFRANJA pKa
bikarbonatni pufer
pri pH=7.4 velja tudi:

Henderson – Hasselbalchova enačba:

6.1
plazemski proteini
(najpomembnejši Hb)
6.8
fosfatni pufer
6.8
Pufri v seču
fosfatni pufer glej zgoraj 6.8
amonijev pufer
9.3
Znotrajcelični
pufri
bikarbonatni pufer glej zgoraj
znotrajcelični proteini (najpomembnejši histidinski ostanki) glej zgoraj
Tabela 1: Pufri v telesu
1.4. Nastajanje in izločanje kislin v telesu
Stalen pH (acidobazno ravnotežje) v telesu se uravnava preko ledvic in dihal. Največ kislin nastaja v telesu v presnovnih procesih v obliki CO2 – hlapna kislina (15-20 molov/dan). Poleg CO2 nastaja v telesu še žveplova kislina (pri presnovi cisteina in metionina), v telo vnašamo kisline tudi s hrano – nehlapne kisline. Hlapne kisline izločamo iz telesa z dihanjem, nehlapne pa preko ledvic.
Pri presnovi nekaterih organskih snovi v telesu nastaja tudi baza (bikarbonat), katerega koncentracijo v telesu uravnavajo ledvice.
2. URAVNAVANJE ACIDOBAZNIH MOTENJ PREKO RESPIRATORNEGA SISTEMA

Ko se pojavljajo motnje acidobaznega ravnotežja (hlapne in nehlapne kisline ali baze, ki nastanejo pri celičnem metabolizmu oz. jih zaužijemo s hrano), se vključijo obrambni mehanizmi, ki jih poskušajo izravnati. Motnje dejansko ne odpravijo, minimalizirajo pa spremembo pH. Najpomembnejši so intra- in ekstracelularni pufri, ki delujejo v roku trenutkov. Glavni med njimi je bikarbonatni puferski sistem. Poleg relativno visoke koncentracije mu pomen daje tudi regulacija obeh komponent preko respiratornega sistema in ledvic. S spremembo stopnje dihanja spreminjamo pCO2, preko ledvic pa lahko izločamo oz. zadržujemo HCO3-.

Henderson – Hasselbalchova enačba za bikarbonatni puferski sistem kaže kakšen vpliv ima pCO2 na pH: če delni tlak CO2 pade, pH naraste in obratno. To motnjo izravnamo z dihanjem, saj imamo v podaljšani hrbtenjači osrednje kemoreceptivno področje, ki je občutljivo na spremembe pH (posredno tudi na pCO2 ), in vpliva na generator dihanja v ponsu . Hiperventilacija in izplavljanje odvečnega CO2 je posledica visokega pCO2. Ob maksimalni hiperventilaciji lahko pade pCO2 na 10 mmHg, po drugi strani pa je najvišja pCO2 60mmHg, saj morajo tkiva biti preskrbljena s kisikom – hipoksija je tudi stimulant ventilacije. Poleg tega na stopnjo dihanja vplivajo tudi periferni kemoreceptorji (v karotidnih in aortnih telescih), ki so poleg na pCO2 občutljiva še na pH arterijske krvi in predvsem na pO2. Dihalni odziv na metabolne spremembe acidobaznega ravnotežja je relativno hiter in učinkovit predvsem, ko gre za akutne motnje. Deluje že v roku minut, največji učinek pa doseže v 12-24 urah. Dihalni sistem se torej odziva na akutne spremembe pH krvi (dodatek nehlapnih kislin tudi pospeši ventilacijo) in jih poskuša popraviti, po drugi strani pa lahko motnje v delovanju dihalnega sistema povzročijo spremembe pH krvi.
3. URAVNAVANJE ACIDOBAZNIH MOTENJ PREKO LEDVIC

Ledvice izločajo pri presnovi nastale nehlapne kisline (približno 50 – 100 mmol/dan) in preprečujejo izgubo HCO3- s sečem ( približno 4320 mmol/dan HCO3- prehaja pri glomerulni filtraciji v primarni seč); izguba HCO3- ima enak pomen kot dodatek H+ v plazmo. Epitelne celice vzdolž nefrona tvorijo H+ in HCO3- . H+ prehaja v svetlino nefrona na različne načine. V svetlini se lahko poveže s filtriranim HCO3- , s fosfatnim ali amonijevim pufrom. V epitelni celici nastali HCO3- prehaja preko bazolateralne membrane celice v ledvični intersticij in kri.
3.1. Proksimalni zviti tubul, ascend. krak Henlejeve zanke, začetni del distalnega zvitega tubula
V teh delih prehajajo H+ v svetlino s sekundarnim transportom v zameno za Na+¬¬¬, ki vstopa v epitelno celico. V svetlini se H+ poveže s HCO3- : HCO3- + H+  H2CO3  CO2 + H2O; CO2 difundira v epitelno celico. Tako je za popolno reabsorpcijo HCO3- potrebnih 4320 mmol secerniranih H+ na dan. V teh delih nefrona se na tak način reabsorbira do 95 filtriranega HCO3- .






Slika 1: Reabsorpcija HCO3- v proksimalnih delih nefrona; CA – karbonska anhidraza





3.2. Končni del distalnega zvitega tubula in zbiralce
V teh delih interkalarne celice, ob porabi ATP, izločajo H+ s primarnim transportom ( približno 50 – 100 mmol/dan ). Ker v lumnu ni več HCO3- , se secernirani H+ povežejo z NH3, HPO42- ali pa ostanejo prosti in znižajo pH urina v zbiralcu; vendar je koncentracija prostih H+, glede na celotno izločanje kislin prek ledvic, zanemarljiva (najnižji možni pH urina je 4.5, saj protonska črpalka ne zmore črpanja proti višjemu koncentracijskemu gradientu; normalen pH je med 4,5 in 8,0). HCO3-, ki poleg H+ še nastaja v interkalarni celici, predstavlja »novi« HCO3-, ki se dodaja v kri (slika 2).






Slika 2: Sekrecija H+ v interkalarni celici distalnega dela nefrona






3.3. Amonijev pufer in regulacija njegove tvorbe
NH4+ nastaja v epitelnih celicah proksimalnega tubula iz glutamina, ki pride iz jeter (glutamin → 2NH4+ + 2HCO3-) in je lahko reguliran glede na acidobazne potrebe organizma. HCO3- se vrača v kri, NH4+ pa se secernira v lumen (antiport z Na+). V ascendentnem delu Henlejeve zanke se velik del NH4+ reabsorbira in se akumulira v medularnem intersticiju, kjer je v ravnovesju z NH3. V zbiralcih NH3 difundira nazaj v lumen in se tam poveže s H+ v NH4+. Ker so zbiralca nepropustna za NH4+, ta ostane ujet v lumnu in se izloči iz telesa. Če v lumnu ni H+, se amonijak vrača v kri, kjer titrira HCO3- in tako povzroča izgubo baz.
Izločena H+ in NH4+ sta v seču v ravnovesju s Cl¬¬¬-.
Tvorba NH4+/NH3, kot najpomembnejšega pufra v seču, je ustrezno uravnavana predvsem z EC pH, pa tudi s koncentracijo plazemskega K+. Ob znižanju pH plazme, se aktivira več encimov za razgradjo glutamina v ledvicah in v nekaj dneh se organizem na sistemsko acidozo lahko adaptira z večjo produkcijo NH4+ , ki ga ledvice porabijo za tvorbo amonijevega pufra.
4. OSNOVE ACIDOBAZNIH MOTENJ

pH Primarna sprememba Kompenzatorni mehanizem Kompenzacija akutne motnje Kompen-
zacija kronične motnje
MET. ACIDOZA < 7.35 [HCO3-] < 24mmol/L pufri ICT in ECT; hiperventilacija (PCO2), ↑ izločanje H+ v svetlino nefrona (reabsorbcija vsega filtriranega HCO3-), ↑ tvorba amonijevega pufra v ledvici ↓[HCO3-] za 1 mmol/L 
 PCO2 za 1.25 mmHg




preko
ledvic
RESP. ACIDOZA < 7.35 PCO2 > 40mmHg pufri ICT;
 sekrecija H+ in reabsorpcija HCO3- PCO2 za 10mmHg
 [HCO3-] za 1mmol/L
MET. ALKALOZA > 7.45 [HCO3-] > 24mmol/L pufri ICT in ECT; hipoventilacija(PCO2)  [HCO3-] za 1 mmol/l
 PCO2 za 0.7mmHg
RESP. ALKALOZA > 7.45 PCO2 < 40mmHg pufri ICT;  sekrecija H+ in reabsorpcija HCO3- PCO2 za 10mmHg  [HCO3-] za 2mmol/L
Tabela 2: Osnovne značilnosti acidobaznih motenj
5. PREGLED ACIDOBAZNIH MOTENJ
5.1. METABOLIČNA ACIDOZA

Patofiziološki mehanizmi, ki pripeljejo do razvoja metabolične acidoze, so:
• ledvična metabolična acidoza: zmanjšano izločanje kislin skozi ledvice (oslabljeno delovanje ledvic), povečana izguba HCO3- preko ledvic (ledvična tubulna acidoza – RTA )
• neledvična metabolična acidoza: povečano nastajanje nehlapnih kislin v telesu (ketoacidoza, laktacidoza, zastrupitev z etilenglikolom, metanolom), povečana izguba HCO3- preko prebavil (driska)

Metabolična acidoza lahko vodi do:
• hiperkaliemije, ker lahko K+ in H+ drug drugega zamenjujeta. H+ torej prehajajo v celice in izpodrinejo del znotrajceličnega K+.
• hiperkalciemije, saj se H+ ioni vežejo na plazemske proteine in anione (hidrogenkarbonat, citrat, fosfat, sulfat) ter tako izpodrivajo na te proteine in anione vezan Ca2+. Kronična presnovna acidoza (kronična odpoved ledvic) je povezana z izgubo kostne mase in zmanjšanjem kostnega CaCO3.

Za ugotavljanje različnih vzrokov metabolične acidoze si lahko pomagamo z določanjem anionske vrzeli. Anionsko vrzel (AV; normalna znaša od 8 – 16 mmol/L) izračunamo po enačbi:

AV = [Na+] – ([HCO3-] + [Cl-])


Slika 3: Ponazoritev anionske vrzeli
Primeri:
Pri driski izgubljamo preko prebavnega sistema natrijev hidrogenkarbonat (NaHCO3). Tako pade plazemska koncentracija tako Na+ in HCO3- (glej zgornjo enačbo), zato ostane anionska vrzel enaka.

Če se poveča koncentracija kislin, katerih anionski del ni Cl-, se HCO3- porabi za pufranje, koncentracija ostalih ionov, s katerimi določamo anionsko vrzel, se ne spremeni. Tako anionska vrzel naraste – poviša se koncentracija nemerjenih anionov, kar lahko opazimo pri ketoacidozi, kjer se povišata koncentraciji acetoacetata in β-hidroksibutirata.

Metabolična acidoza z normalno anionsko vrzeljo Metabolična acidoza s povišano anionsko vrzeljo
driska kronična odpoved ledvic
ledvična tubulna acidoza (RTA) diabetična ketoacidoza
zastupitev z amonijevim kloridom (NH4Cl) laktacidoza
zastrupitev z aspirinom
Tabela 3: Primeri metaboličnih acidoz s povišano in normalno anionsko vrzeljo

5.1.1. LEDVIČNA METABOLIČNA ACIDOZA
Vzrok nastanka metabolične acidoze
proksimalna RTA ledvice ne morejo reabsorbirati vsega filtriranega HCO3-
distalna RTA moteno izločanje H+ v distalnih tubulih ali povečano vračanje teh ionov v tubule
kronična ledvična odpoved ↓ produkcija NH4+, ↓ reabsorbcija HCO3-, ↓ izplavljanje nehlapnih kislin
5.1.2. NELEDVIČNA METABOLIČNA ACIDOZA
diabetična ketoacidoza (sladkorna bolezen) ↑ metabolizem maščobnih kislin; akumuliranje ketokislin (acetoacetat, β-hidroksibutirat)
laktacidoza kopičenje L-laktata v plazmi
tip A: posledica hudega znižanja pO2 v tkivih
tip B: motena presnova laktata

zastrupitev s salicilati ↑ produkcija laktata, ↑ nastajanje nehlapnih kislin
zastrupitev z alkoholom ↑ nastajanje nehlapnih kislin
zelo obsežen edem pljuč ↑ produkcija laktata zaradi ↓ pO2
akutna odpoved jeter ni Corijevega cikla
šok ↑ produkcija laktata zaradi ↓ pO2
Addisonova bolezen ↓ aldosteron → ↓ H+ sekrecija v zbiralcu
osmozni diuretiki, inhibitorji karbonske anhidraze ↓ reabsorbcija HCO3- v proksimalnem tubulu
K+ - varčni diuretiki inhibicija sekrecije H+ ionov v distalnem tubulu in zbiralcu (inhibicija Na+ reabsorbcije)
5.2. RESPIRATORNA ACIDOZA
Vzrok nastanka respiratorne acidoze – hipoventilacija zaradi:
anestetiki, opiati, možganska kap, okužba CŽS depresija središča za dihanje
poliomielitis, miastenija, mišične distrofije okvara eferentne poti dihalnega refleksa
astma, anafilaktični šok, KOPB obstrukcija zgornjih dihalnih poti
debelost (Pickwickov sindrom) oteženo dihanje zaradi zmanjšane gibljivosti prsnega koša


5.3. METABOLIČNA ALKALOZA
Vzroki za nastanek metabolične alkaloze
eksogeni izvori bikarbonatnega iona vnos HCO3- in snovi, iz katerih nastane (natrijev acetat, laktat, citrat)
zmanjšanje ECV, hipokaliemija in
sekundarni hiperaldosteronizem (paradoksna acidurija) izguba H+ ionov preko GIT
bruhanje, gastrična aspiracija
izguba H+ ionov preko ledvic uporaba tiazidnih diuretikov in diuretikov Henlejeve pentlje, edematozna stanja
povečanje ECV, hipokaliemija in hiperaldosteronizem visoka koncentracija renina zožitev renalne arterije; tumor, ki izloča renin – sekundarni hiperaldosteronizem
nizka koncentracija renina primarni hiperaldosteronizem, Cushingov sindrom
5.4. RESPIRATORNA ALKALOZA
Vzroki za nastanek respiratorne alkaloze
stimulacija središča za dihanje:
- motnje CŽS
- zastrupitev s salicilati
hiperventilacijski sindrom – povečano izplavljanje CO2
direktna stimulacija medularnih kemoreceptorjev
mehansko predihavanje v intenzivnih enotah povečano izplavljanje CO2
povišan nivo progesterona (nosečnost) povečana ventilacija – padec PCO2 za 5-10mmHg  kronična respiratorna alkaloza
Tabela 4: Primeri, kjer lahko nastanejo motnje acidobaznega ravnotežja