1. UVOD
1.1 Pufri

Pufrske raztopine so tiste raztopine, v katerih se pH le malo spreminja pri dodatku kislin oziroma baz. Pufer je vodna raztopina šibke kisline (HA) in njene konjugirane baze (A-). Za to kislino lahko zapišemo disociacijsko konstanto kisline Ka: HA H+ + A-. Pri dodatku močne kisline le-ta skoraj v celoti disociira. Protoni nato reagirajo s konjugirano bazo pufra, nastane šibka kislina, ki pa le delno disociira. Koncentracija prostih protonov tako ne naraste toliko, kot smo le teh dodali. (1)

1.2 Henderson-Hasselbalchova enačba



S to enačbo lahko izračunamo pH pufra, ki je odvisen od razmerja in ne od absolutnih koncentracij šibke kisline in njene konjugirane baze. Moč pufra je odvisna od pH raztopine, v kateri se pufer nahaja, in koncentracije pufra.

1.3 Pufri v krvi

1.3.1 Hlapni pufer – hidrogenkarbonatni pufer

Je najpomembnejši pufer v krvi in intersticijski tekočini. Ko dodamo kislino, njeni protoni reagirajo s HCO3-, nastaneta CO2 in H20. Presežek CO2 se izloči z dihanjem.

1.3.2 Nehlapni pufri v krvi
V krvi je najpomembnejši nehlapni pufer hemoglobin, prisoten je fosfatni pufer, pomembni so tudi plazemski proteini.

1.4 Pufri v primarnem seču

1.4.1 Fosfatni pufer

Ker je pH seča (najpogosteje med 5,0 in 6,0) bližje pKa pufra (6,8), kot je pH plazme, ima ta pufer večjo moč v seču.

1.4.2 Amonijev pufer

1.4.3 Znotrajcelični pufri
Znotrajcelično so najpomembnejši pufri proteini in vezani fosfati.

1.5 Nastajanje in izločanje kislin v telesu

V organizmu nastane največ kislin pri normalni celični presnovi ogljikovih hidratov in maščob, dnevno približno 15-20 molov ogljikovega dioksida. Ker organizem izloča slednjega z dihanjem, govorimo o hlapni kislini. Pri presnovi cisteina in metionina nastane žveplova kislina. Kisline zaužijemo tudi s hrano. Nehlapne kisline izločamo preko ledvic.
2. URAVNAVANJE ACIDOBAZNEGA RAVNOTEŽJA PREKO RESPIRATORNEGA SISTEMA

Respiratorni sistem s povečevanjem oz. zmanjševanjem ventilacije direktno uravnava pCO₂ in s tem acidobazno ravnotežje. Na ventilacijo pa preko kemoreceptorjev vplivajo: pCO₂ in H⁺ -preko osrednjega kemoreceptornega področja v oblongati- in pO₂, pCO₂, in H⁺ -preko perifernih kemoreceptorjev. Povišanje pCO₂ in H⁺ poveča ventilacijo. Povečana ventilacija pa povzroči padec pCO₂ in H⁺ in torej povišanje pH. Obraten je odziv kemoreceptorjev pri padcu pCO₂. Pri tem je najpomembnejši osrednji kemoreceptor. Pri normalnih pogojih se ventilacija poveča, če se pCO₂ kakorkoli poveča nad normalno vrednost: 33-44mmHg. Večja občutljivost kemoreceptorjev na pCO₂ kot na pO₂ kaže na pomembnost vzdrževanja pH v ozkih mejah normale. CO₂, ki nastaja pri aerobni razgradnji predvsem ogljikovih hidratov in maščob, se na ta način sproti odstranjuje iz telesa. Dihalni sistem pa se odziva tudi na spremembe v [H⁺] oz. pH po dodatku nehlapnih kislin npr.:(H₂SO₄,..). Reakcija gre v levo. Poveča se pCO₂ in pade pH. Oboje poveča ventilacijo, kar posledično zniža pCO₂ in zviša pH.

3. URAVNAVANJE ACIDOBAZNEGA RAVNOTEŽJA PREKO LEDVIC

Poenostavljeno lahko rečemo, da je uravnavanje acidobaznega ravnotežja preko ledvic koordiniran dvo-stopenjski proces: Prvi korak je reabsorbcija filtriranega bikarbonata, drugi korak pa neto sekrecija pri presnovi nastalih kislin. Normalno se več kot 90 filtriranega HCO3- reabsorbira v proksimalnem tubulu (v primarni urin pride ~4320mMHCO3/dan), nekaj tudi v distalnem tubulu. Torej je reabsorpcija HCO3- večinoma funkcija proksimalnega tubula. Ko je koncentracija HCO3- v nefronu dovolj nizka, se izločeni H+ porabijo za titriracijo NH3 in HPO42-. Posledica je neto izločanje kislin. Ta proces zahteva visoko koncentracijo H+ v lumnu nefrona, ki pa se lahko doseže le v zbiralcu.
V proksimalnem sistemu obstaja omejitev reabsorpcije. Ledvice lahko reabsorbirajo HCO3- do plazemske koncentracije 24-27 mEq/l. Pri tej točki je proksimalni sistem nasičen, preostali HCO3- se izloči z urinom.


Slika 1: Filtracija, reabsorpcija in izločanje Slika 2: Reabsorpcija bikarbonata v
bikarbonata (v mEq/min) v odvisnosti od proksimalnem tubulu
njegove koncentracije v plazmi
Reabsorpcija bikarbonata v proksimalnem tubulu, ascendentnem kraku Henlejeve zanke in začetnem delu distalnega tubula: V proksimalnem tubulu se nahaja visoko kapacitiven sistem, ki je odgovoren za več kot 90 reabsorpcije bikarbonata. Epitelne celice v proksimalnem tubulu imajo veliko apikalno (luminalno) površino. Ta membrana vsebuje karbonsko anhidrazo in Na+/H+ izmenjevalni protein, ki zakisa lumen tubula. Gonilna sila za ta izmenjevalec je gradient natrija preko apikalne membrane ([Na+]v lumnu 140mM; [Na+] v celici 10mM). Za stalno nizko intracelularno koncentracijo natrija skrbi Na+/K+ ATP-aza, ki se nahaja na bazolateralni membrani, in nenehno črpa Na+ iz celice v zameno za K+. Za vsak Na+, ki vstopi v celico, se en H+ izloči v urin. Ta H+ titrira en HCO3- do ogljikove kisline, ki s pomočjo karbonske anhidraze (prepreči kopičenje H2CO3), ki se nahaja na apikalni membrani, razpade na CO2 in H2O. CO2 nato prosto difundira v celico, kjer reakcija poteče v obratni smeri (reakcijo katalizira intracelularna karbonska anhidraza): spet nastane H+ (ki lahko spet preide v lumen tubula) in HCO3-, ki preko Na+/HCO3-, kotransporterja na bazolateralni membrani preide v kri in tako obnovi nivo bikarbonata v krvi. Na+/HCO3-, kotransporter je elektrogen prenašalec, ki prenese en kation v zameno za tri anione. Gonilna sila je električni gradient čez bazolateralno membrano.
Pogoj, da reabsorpcija bikarbonata poteka je, da ostane koncentracija protonov v lumnu nizka. V primeru, da bi se pH tubulne tekočine spustil pod 6,5, bi se reabsorbcija HCO3- ustavila, ker bi višja koncentracija H+ v lumnu kot v celici kompenzirala gonilno silo, ustvarjeno z gradientom natrija.

Neto sekrecija kislin v končnem delu distalnega tubula in zbiralcu: Potem ko se je v proksimalnem tubulu reabsorbiralo več kot 90 HCO3-, lahko končni del distalnega tubula in zbiralce izločita končnih 50-100mM/dan kislin in s tem ohranita ravnotežje v telesu. V ta namen imata ta dva dela nefrona na apikalni membrani interkalarnih celic nizko kapacitivno, vendar zelo učinkovito H+-ATP-azo, ki lahko ustvari do 1000-krat večjo koncentracijo H+ v urinu kot v celici (razlika v pH=3 enote). Izločeni protoni titrirajo HPO42- do H2PO4-, v tubulu ujamejo NH3 v obliki NH4+ ali pa ostanejo prosti in znižajo pH urina v zbiralcu. Koncentracija teh v urinu je glede na celotni izločanje kislin preko ledvic zanemarljiva (najnižji pH urina je 4,5; protonska črpalka ne more črpati proti večjemu koncentracijskem gradientu; normalen pH urina 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 3: Končni del distalnega tubula in zbiralce


Tvorba amonijevega pufra – dodaten kompenzatorni mehanizem: Kronična acidoza sproži tvorbo in izločanje amoniaka iz epitelnih celic proksimalnega tubula. To je dodaten mehanizem, ki izboljša stanje acidoze.
Večina amoniaka nastane z deaminacijo glutamina, ostalo pa iz deaminacije glutamata, alanina in glicina. Izločanje amoniaka je rezultat pasivne difuzije in aktivnega transporta:
• Amoniak obstaja v dveh oblikah. Osnovna oblika, NH3, je nenabita in lipidotopna molekula, ki zlahka difundira preko celične membrane. Če se v tubulni tekočini poveže s protonom nastane NH4+, ki je nabita molekula, v lipidih netopna in ne more prehajati preko membrane.
• NH4+ se lahko tudi aktivno transportira. Na+/H+ izmenjevalec lahko v tubulno tekočino namesto H+ prenese NH4+. NH4+ lahko zamenja K+ na Na+/K+/2Cl- kotransporterju v ascendentnem delu Henlejeve zanke in se tako reabsorbira in akumulira v ta segment nefrona. Pri tem se v medularnem intersticiju ustvari protitočni gradient za amoniak. Visoka koncentracija amoniaka v medularnem intersticiju ustvari gradient za difuzijo v kislo tubulno tekočino v zbiralcu. Tam se NH3 poveže s H+ in se tako ujame v lumnu in posledično izloči z urinom iz telesa. Če v lumnu ni H+, se amoniak vrača v kri, kjer titrira HCO3- in tako povzroča izgubo baz.

4. METABOLIČNA ACIDOZA
4.1 Definicija

Metabolna acidoza je znižanje pH telesnih tekočin pod 7,35 s sočasnim znižanjem [HCO3−] pod normalno vrednost. Pojavi se zaradi kopičenja endogenih ali eksogenih nehlapnih kislin ali zaradi povečane izgube HCO3−. Endogene nehlapne kisline se kopičijo zaradi večje aktivnosti metabolnih poti, ki vodijo v njihov nastanek (laktat, β-hidroksibutirat, acetoacetat...) ali zaradi zmanjšane sposobnosti ledvic za izločanje kislin (renalna tubulna acidoza, progresivna ledvična bolezen, vpliv diuretikov, hormonov in zdravil, ki se vpletajo v delovanje hormonov...). Pogosti vzroki izgube bikarbonata so diareja, renalna tubulna acidoza in diuretiki. (3)

4.2 Mehanizem nastanka

Učinkovanje pufrov v ECT se ob motnji pokaže že po nekaj minutah in se konča v dveh urah. Drug del pufranja poteka v ICT, vendar traja dalj časa (približno 12 ur), ker mora najprej poteči transport H+ v celice. Ob vstopu se zamenja s K+, ki vstopi v ECT. Zato je metabolna acidoza pomemben izvor hiperkalemij. Pri dalj časa nastajajočih motnjah se K+ sproti izloči iz ledvic. Tako je koncentracija K+ v plazmi normalna, toda njegove telesne zaloge so zmanjšane. H+ izpodriva tudi kalcij, ki je vezan na serumski albumin. Posledično lahko pride do hiperkalcemije.
Odgovor z dihanjem se popolnoma vklopi po 12-24 urah. Velja, da se za vsako znižanje [HCO3−] za 1 mmol/L, PaCO2 zniža za 1,25 mmHg zaradi povišane ventilacije.
Ledvice učinkovito sodelujejo pri popravljanju metabolne acidoze le takrat, ko same niso izvor motnje. Pri kronični acidozi sodelujejo tudi jetra. Manj glutamina se usmeri v vstopne reakcije cikla uree, ki porabljajo prepotrebni HCO3−. Po drugi strani jetra proizvajajo več glutamina, ki ga ledvice porabijo za tvorbo amonijaka in bikarbonata. Amonijak deluje v tubulih kot pufer, ki omogoča večje izločanje H+ preko epitelija. Za polno vključitev ledvic v kompenzacijo acidoze je potrebno okoli pet dni.
Simptomi metabolne acidoze so: topla, suha, pordela koža, povečan dihalni volumen (tudi rahlo višja frekvenca dihanja) imenovan Kussmalovo dihanje, zmanjšana kontraktilnost srca in aritmije, padec krvnega tlaka, pljučni edem, utrujenost, stupor, koma, glavobol,...
Klinično metabolne acidoze zaradi lažjega diagnosticiranja delimo na acidoze z visoko anionsko vrzeljo in na acidoze z normalno anionsko vrzeljo.
Anionska vrzel (AG) se izračuna s pomočjo enačbe: AG = ([Na+] + [K+]) – ([Cl−] + [HCO3−]). Normalna anionska vrzel znaša 12-16 mmol/L in predstavlja razliko koncentracij nevštetih kationov in anionov.
Metabolne acidoze z visoko anionsko vrzeljo:
Te vrste acidoz so posledica povišanja koncentracije negativno nabite snovi v plazmi. Le-ta iz plazme zaradi potrebe po elektronevtralnosti izrine anione, ki so v enačbi navedeni. Njihova koncentracija se zniža in rezultat je višji. Takšne snovi so laktat (ob laktacidozi), acetoacetat, β-hidroksibutirat (alkoholna, dabetična, stradalna ketoacidoza), kisline, nakopičene ob napredovani odpovedi ledvic in številne zaužite toksične organske kisline (salicilati,...) ter snovi, ki v telesu povzročijo nastajanje kislin (etilen glikol, metanol,...).
Metabolne acidoze z normalno anionsko vrzeljo:
Pri teh vrstah acidoz v plazmi ni novega aniona. Največkrat je vzrok v moteni reabsorbciji bikarbonata v ledvicah (proksimalna in distalna renalna tubulna acidoza, pešanje ledvic zaradi tubulointersticijskih bolezni...), premajhni sekreciji protona v ledvicah ali izgubi bikarbonata skozi prebavila (diareja, drenaža tankega črevesa). Pogost vzrok so tudi zdravila, ki bolj ali manj neposredno vplivajo na reabsorbcijo bikarbonata (nekateri diuretiki) in zdravila, ki interferirajo s hormonskim sistemom (os renin-angiotenzin-aldosteron). Tudi nekateri strupi povzročijo acidoze z normalno anionsko vrzeljo (HCl, NH4Cl). Redkejši vzrok so bolezni, ki imajo za posledico nenormalno koncentracijo hormona, ki sodeluje pri uravnavanju acidobaznega ravnotežja.
Vsako patološko stanje, ki privede do hiperkalemije, lahko vodi v acidozo. Zaradi menjave protona za kalij bo v tubulnih epitelijskih celicah pH narasel. Celice se bodo odzvale z zmanjšano reabsorbcijo bikarbonata iz primarnega urina. Zmanjšala se bo tudi sinteza amonijaka iz glutamina.

5. METABOLIČNA ALKALOZA
5.1 Definicija

Metabolična alkaloza je acidobazna motnja, za katero je značilen povišan pH arterijske krvi (> 7.45) in (HCO3-) >24 mEq/l. Zaradi kompenzacijskih mehanizmov je paCO2 višji od 40 mmHg.

5.2 Mehanizmi nastanka

V osnovi pride do motnje bodisi zaradi povečanega vnosa nehlapnih baz (bikarbonata in snovi, iz katerih le-ta nastane) bodisi zaradi izgube nehlapnih kislin iz telesa.
V primeru zmanjšane prostornine ECP, hipokaliemije, povečane količine mineralkortikoidov ali uživanja tiazidnih diuretikov in diuretikov Henlejeve zanke se motnja ne odpravi, temveč se vzdržuje, saj je zaradi teh dejavnikov povečana resorpcija HCO3- ter hkrati sekrecija H+.
Kot je značilno za acidobazne motnje, je tudi pri metabolični alkalozi prva stopnja kompenzacije znotraj- in zunajcelično pufranje, ki mu sledi za metabolične motnje ključna sprememba ventilacije. Zaradi povišanja pH se ventilacija zmanjša, hipoventilaciji pa posledično sledi zvišan paCO2. Končno normalno ledvice odgovorijo z zmanjšano reabsorpcijo HCO3- in sekrecijo H+.
Klinično se metabolične alkaloze kažejo kot zmedenost, mišični krči, parestezije, pride celo do nastanka aritmij.

Metabolične alkaloze povezane z zmanjšanim ECV, pomanjkanjem K+ in sekundarnim hiperreninemičnim hiperaldosteronizmom:
Kadar se ECV zmanjša (krvavitve, dehidracija), se arterijski tlak zniža, kar aktivira sistem renin- angiotenzin 2- aldosteron v ledvicah.
Aldosteron je hormon, ki deluje stimulatorno na Na+/H+ antiporter na apikalni membrani ledvičnih tubulov razen proimalnega tubula. Sekrecija H+ je v ledvicah vedno sklopljena z reabsorpcijo HCO3-, ki prehaja v peritubularno kapilaro s pomočjo HCO3-/Cl- antiporterja.
Hipovolemija torej posredno spodbuja sekrecijo H+ in reabsorpcijo HCO3-, s tem pa povzroča stanje metabolične alkaloze (MA). Ker celice kljub alkalozi secernirajo protone, je seč kisel (paradoksna acidurija). Večkrat je metabolična alkaloza povezana tudi s hipokaliemijo, pri kateri K+/H+ antiporter deluje tako, da prehaja H+ v celice, kar organizem zazna kot acidozo. Pride do prekomernega povečanega izločanja H+ preko ledvic (MA) in kislega urina.
Pri bruhanju je vzrok za MA izguba H+ iz telesa, ki jo običajno spremljata hipovolemija in hipokaliemija.
Diuretiki (tiazidi – inhibitorji reabsorpcije NaCl v distalnem tubulu, diuretiki Henleyeve zanke) akutno zmanjšajo ECV, zato se koncentracija HCO3- poveča. Hkrati spodbujajo tudi sekrecijo H+ in K+ iz ledvic.

Metabolične alkaloze, povezane s povečanjem ECV, hipertenzijo in hiperaldosteronizmom:
Jemanje ali prekomerna tvorba mineralkortikosteroidov (primarni aldosteronizem pri Cushingovem sindromu, motnje v delovanju skorje suprarenalke) povečuje NAE, kar lahko pripelje do razvoja metaboliče alkaloze. Ker aldosteron spodbuja reabsorpcijo NaCl, se zaradi osmotskih sil poveča tudi reabsorpcija vode ter s tem ECV. Pojavi se hipertenzija. Zaradi povečane sekrecije K+ se stanje še poslabša.

6. RESPIRATORNA ACIDOZA
6.1 Definicija

Za respiratorno acidozo je značilen dvig pCO2 in posledično znižanje plazemskega pH, kar stimulira reabsorpcijo HCO3 - v nefronu in ekskrecijo NH4+.

6.2 Mehanizmi nastanka

Porast pCO2 v plazmi povzroča znižanje razmerja {HCO3-}/pCO2, kar privede do padca plazemskega pH. Respiratorna acidoza je razdeljena v dve fazi, akutno in kronično. V akutni fazi se pH popravlja z intracelularnimi pufri; za zvišanje 1mEq/L koncentracije HCO3- se zviša 10 mmHg pCO2 v plazmi. V kronični fazi pa kompenzacijo izvedejo ledvice, in sicer za zvišanje 4 mEq/L koncentracije HCO3- se zviša tudi 10 mmHg pCO2. Serumska {HCO3-} se praviloma ne poveča nad 38mmol/L. (1)






Do respiratorne acidoze pride zaradi hipoventilacije, ki nastane kot posledica:

• Depresije dihalnega središča; to povzročijo zdravila, kot so anestetiki, morfij, opiati, možganska kap, infekcije CŽS.

• Oteženega dihanje; to povzročijo kronična obstruktivna pljučna bolezn, v katero spada kronični bronhitis, astma, emfizem,...

• Okvare motoričnih nevronov prsnega koša; značilne bolezni so poliomielitis, mišična distrofija, miastenija,…

• Zmanjšane gibljivosti prsnega koša; to povzroča debelost.

7. RESPIRATORNA ALKALOZA
7.1 Definicija

Je stanje znižanega PCO2 in zvišanega pH plazme.

7.2 Mehanizem nastanka

CO2 + H2O ↔ HCO3- + H+
HA ↔ A- + H+

Če pride do povečanega izločanja CO2 iz telesa s pospešenim dihanjem, se ravnotežje v reakciji pomakne v levo. H+ se porablja za vezavo s HCO3- in tako nastaja CO2. Zaradi zmanjšane koncentracije H+ se zviša pH.
Z nastajanjem CO2 se niža tudi plazemska koncentracija HCO3-, saj le-ta prehaja v celice, kjer se pretvori v CO2 in H2O.





















8. PRIMERI, kjer lahko nastane motnja acidobaznega stanja

Vrsta acidobazne motnje Bolezen/motnja Vzrok
Met. acidoza
Kronično odpovedovanje ledvic Ledvice ne morejo odstranjevati nehlapnih kislin, NH4 in fosfatov, privzamejo manj HCO3-
Sladkorna bolezen ↑ketogeneza v jetrih
Zastrupitev z alkoholom ↑nastajanje nehlapnih kislin
Akutna odpoved jeter Ne poteka Corijev ciklus → kopičenje laktata
Šok ↑konc. laktata, ↓pCO2
Addisonova bolezen ↓izločanje aldosterona
Osmozni diuretiki ter inhibitorji karbonske anhidraze ↓absorpcija HCO3- v proksimalnem tubulu
K+-varčni diuretiki Inhibirana reabsorpcija Na+, inhibirana sekrecija H+ v dist. tubulu in zbiralcu
Met. alkaloza
Cushingova bolezen ↑izločanje kortizola, učinek podoben aldosteronu
Primarni hiperaldosteronizem ↑izločanje aldosterona
Obilno bruhanje iz želodca Izgubljanje vode, elektrolitov in nehlapnih kislin
Zožitev renalne arterije ↑izločanje renina, angiotenzina, aldosterona
Hipokaliemija K+ gre iz celic, H+ v celice → cel. ledvičnih tubulov reagirajo kot pri acidozi → paradoksna acidurija
Tiazidni diuretiki, diuretiki henleyeve zanke ↓ECV → ↑absorpcija Na+, HCO3-;
↑sekrecija aldosterona → ↑sekrecija H+
Resp. alkaloza
Hipertermija (>39°C) ↑hitrost presnove, ↑dihanje
Akutno poslabšanje astme Spodbujen center za dihanje → hipokapnija
Zmeren akutni edem pljuč ↑ventilacija → več izdihanega CO2
Met. acidoza in resp. acidoza Zelo obsežen edem pljuč Zaradi hipoksije nastaja laktat;
↓izločanje CO2
Met. acidoza in resp. alkaloza Zastrupitev s salicilati Nastajanje nehlapnih kislin;
spodbujeno središče za dihanje