1. Uvod

Kisline in baze vnašamo v organizem s hrano in jih pridobivamo pri celični presnovi, izgubljamo pa jih preko dihalnega sistema, ledvic in prebavnega trakta. Koncentracija protonov v krvi pomembno vpliva na potek celične presnove, zato je natančno uravnavana z različnimi mehanizmi. Prvi je pufrski sistem, ki deluje zunaj– in znotrajcelično, drugi je izločanje ali zadrževanje kislin oziroma baz preko dihalnega sistema (hlapne kisline) in ledvic (nehlapne kisline, hidrogenkarbonat).

Pufer je tista raztopina katere pH se le malo spremeni ob dodatku kisline ali baze. Je vodna raztopina šibke kisline in njene konjugirane baze ali šibke baze in njene konjugirane kisline.
Moč pufra je odvisna od pH raztopine v kateri se pufer nahaja, in koncentracije pufra  največja moč pufra je pri visoki koncentraciji in pH raztopine je pH = pKa+1.
Če imamo v raztopini več različnih pufrov, so vsi v ravnovesju z isto koncentracijo H+, kar pomeni, da pri spremembi pH reagirajo vsi hkrati.
S Henderson-Hasselbalchovo enačbo lahko izračunamo pH pufra, ki je odvisen od razmerja in ne od absolutih koncentracij šibke kisline in njene konjugirane baze:


Pufri v krvi:
Hlapni pufer – hidrogenkarbonatni pufer
• najpomembnejši pufer v krvi in intersticijski tekočini
• sestavljen iz šibke ogljikove kisline, ki nastaja pri reakciji CO2 z vodo, in njene konjugirane baze
• CO2 + H2O  H2CO3  HCO3- + H+
• reakcija je povratna, katalizira pa jo encim karboanhidraza (nahaja se v eritrocitih, epiteliju GIT in celicah ledvičnih tubulov)
• pri določanju pH s Henderson – Hasselbalchovo enačbo izrazimo koncentracijo CO2 z delnim tlakom CO2, pri čemer upoštevamo Henryjev zakon ([CO2] =  x PCO2)



Koncentracija CO2 v krvi je natančno uravnavana preko dihalnega sistema, zato je hidrogenkarbonatni pufer bolj učinkovit z titracijo nehlapnih, kot bi pričakovali glede na njegovo pKa, ki je daleč od fiziološkega pH krvi. Gre torej za odprt sistem. Presežek CO2 se izloči z dihanjem.

Nehlapni pufri v krvi
• najpomembnejši je hemoglobin
• prisoten je tudi fosfatni pufer
• pomembni tudi plazemski proteini

Pufri v seču:
Fosfatni pufer
• sestavljen iz šibke kisline H2PO4 in njene konjugirane baze HPO4
• pKa je 6,8
• H2PO4-  HPO42- + H+
• bolj kot v krvi je pomemben v seču, saj je pH seča bližje pka pufra kot je pH plazme
• tudi v seču je koncentracija tega pufra višja kot v krvi
Amonijev pufer
• sestavljen iz amonijaka in amonijevega iona
• pKa je 9,3 zato je ravnovesje v seču pomaknjeno izrazito v levo
Znotrajcelični pufri
• najpomembnejši proteini in vezani fosfati
• protoni prehajajo preko celične membrane, vendar se ravnovesje med koncentracijo protonov v plazmi in v celicah (razen v eritrocitih) vzpostavi šele po nekaj urah
2. Uravnavanje AB ravnotežja

2.1. Vloga dihalnega sistema
Preko dihalnega sistema se uravnava koncentracija CO2 v krvi. To je pomembno predvsem zaradi večje učinkovitosti hidrogenkarbonatnega pufra, saj se presežek CO2 lahko hitro izloči preko pljuč. S tem se manj spremeni razmerje med HCO3- in parcialnim tlakom CO2.

Na dihanje vplivajo različni dražljaji: - sprememba parcialnega tlaka CO2
- sprememba parcianega tlaka O2
- sprememba pH

Na osrednje kemoreceptorno področje v podaljšani hrbtenjači vpliva sprememba pCO2 v arterijski krvi.
 pCO2 (nad 40 mmHg)..........  ventilacija, kadar pa pCO2 preseže 80-100 mmHg v arterijski krvi, pride do  ventilacije zaradi depresornega učinka na dihalni center.
 pCO2 (pod 33mmHg)..........  ventilacija

Ta mehanizem je za kontrolo dihanja najpomembnejši, saj vzdržuje stalen pCO2.
Na periferne kemoreceptorje v karotidnih in aortnih telescih vplivajo sprememba pCO2 ter pO2 in sprememba pH arterijske krvi.
 pO2..........
 PCO2.......  ventilacija
pH.............

Pri kronični spremembi pH krvi pa se spremeni občutljivost osrednjega kemoreceptornega področja na sprememno pCO2 (aklimatizacija).

Dihalni sistem se odziva na spremembe pH, prav tako pa lahko motnje v delovanju dihalnega sistema povzročijo spremembo pH krvi.

Nastajanje in izločanje kislin v telesu
V organizmu nastane največ kislin pri normalni celični presnovi ogljikovih hidratov in maščob. Dnevno nastane približno 15-20 molov CO2 (hlapne kisline), ki reagira z vodo tako da nastaneta proton in hidrogenkarbonatni ion.
Pri presnovi kislin in metionina nastane žveplova kislina. Kisline zaužijemo tudi s hrano (fosfolipidi in fosfoproteini). Količina nehlapnih kislin znaša približno 50-100 mmolov na dan. Hlapne kisline izločamo z dihanjem, nehlapne pa preko ledvic.
Pri presnovi asparaginske in glutaminske kisline ter številnih soli organskih kislin (laktat, acetat, citrat) nastajajo tudi baze. Koncentracijo HCO3 uravnavajo predvsem ledvice, izgubljamo pa ga tudi preko prebavnega trakta.

22.2. Vloga ledvic:
• izločanje nehlapnih kislin, ki nastanejo pri presnovi (50-100 mmol/dan)
• preprečevanje izgube HCO3- s sečem (če se filtriran HCO3- ne reabsorbira, njegova koncentracija pade, kar ima isti učinek, kot če bi dodali H+)
Proksimalni zviti tubul, debeli ascend. krak, začetni del zvitega tubula
Tu se protoni izločajo z Na+/ H+ antiprotom. H+ v svetlini tubula reagira s HCO3- , nastane H2CO3 in nato CO2 in H2O. CO2 difudira v epitelijsko celico, kjer po obratni poti spet nastane H+ in HCO3-. HCO3- prehaja v kri (kotranspot z 1 Na+ ali z antiportom s Clˉ). Tako se reabsorbira filtriran HCO3- , izloči pa se cca. 80 mol protonov na dan.
Končni del distalnega zvitega tubula in zbiralce
Tu pa interkalarne celice izločajo protone z aktivnim transportom (H+- ATP-aze in K+/ H+ATP-aze). Šele tukaj se lahko urin zakisa (max. do pH 4’59). Nekatere intekalarne celice lahko izločajo bikabornat v urin, kar je pomembno pri alkalozi (normalno pa prevlada reabsorcija).
Vloga amonijevega in fosfatnega pufra
Fosfatni pufer: Proton nastane v epitelijskih celicah ledvičnega tubula pri reakciji s karbonsko anhidrazo, nastane pa tudi bikarbonat. H+ se v urinu nato poveže z HPO42‾ ta se največkrat izloči v obliki Na+ soli. Proton se ne veže na HCO3- , ker ga v urinu ni več, zato predstavlja HCO3- v epitelijski celici de novo nastali HCO3- , ki gre v kri.
Amonijev pufer:
NH4+ nastaja v epitelijskih celicah proksimalnega tubula pri presnovi glutamina. Iz 1 molekule glutamina nastaneta 2 NH4+ in 2 HCO3- . HCO3- prehaja v kri, NH4+ pa prehaja v svetlino s pomočjo prenašalca (NH4+ nadomesti H+ v Na+/H+ izmenjevalcu). V ascendentnem delu se izloča v intersticij, kjer je v ravnotežju z amonijakom NH3. V zbiralcu NH3 difundira v svetlino in se tam poveže z izločenim H+ in nastane NH4+, ki je polaren in ne prehaja čez membrano.

Regulacija sekrecije H+v ledvici
• ↓pH→ v ledvici nastaja več amonijevega pufra in izloči se več H+ nastane tudi več HCO3-
• sistemska acidoza in ↑ pCO2→ povečano izločanje H+ preko ledvic
• alkaloza ↓ pCO2 → izločanje H+ zmanjšano, nekaj filtriranega HCO3- se izloči se sečem
• aldestoron → poveča izločanje H+ v zbiralcih
• angiotezin II. → spodbuja reabsorbcijo HCO3- v proksimalen tubul.
• PTH → zmanjša izločanje H+ in reabsorbcijo HCO3- v PT

Vloga jeter
Na uravnavanje acido-baznega ravnotežja vplivajo s tvorbo sečnine in glutamina.Pri kronično znižanem pH → iz NH4+ v jetrih nastane več glutamina , ki ga ledvice porabijo za tvorbo amonijevega pufra.
Pri kronično zvišanem pH → jetra tvorijo več sečnine in manj glutamina.

3. Motnje AB ravnotežja
Acidoza je stanje, pri katerem se dodajajo kisline ali odstranjujejo baze iz telesnih tekočinAcidemija (pH arterijske krvi je nižji od 7,35)
Alkaloza je stanje, pri katerem se odstranjujejo kisline ali dodajajo baze iz telesnih tekočinAlkalemija (pH arterijske krvi je višji od 7,45)

Vzroka za nastanek motenj v A-B ravnotežju sta dva
- neprimerno izločanje CO2 preko pljuč (respiratorne motnje)
- nepravilnosti pri uravnavanju HCO3- (metabolne motnje)
Kompenzacija metabolnih motenj poteka s pomočjo respiratornega sistema (hiper-, hipoventilacija), kompenzacija respiratornih motenj s pomočjo ledvic (povečano ali zmanjšano izločanje H+ in povečana ali zmanjšana reabsorpcija HCO3-).
Mehanizmi nastanka
• metabolna acidoza: -renalna (zmanjšana sposobnost za izločanje kislin; izguba HCO3- preko ledvic)
-nerenalna (povečano nastajanje nehlapnih kislin v telesu; izguba HCO3- preko prebavil; motena presnova pri sladkorni bolezni, zastrupitev z alkoholom, nabiranje laktata pri hipoksiji)
• metabolna alkaloza: dodatek baz; povečano izločanje HCO3- (izguba skozi prebavila, izguba skozi ledvice)
• respiratorna acidoza: zmanjšano izločanje CO2 (paraliza dihalnih mišič, okvara dihalnega centra)
• respiratorna alkaloza: izločanje CO2 preko pljuč (okvare CŽS; umetna ventilacija, izločanje progesterona, jetrna odpoved, hiperventilacija zaradi ↓pO2, T)

Primarna sprememba pH Kompenzacija
Metabolna acidoza
↓ c(HCO3-)
↓ Respiratorna
(hiperventilacija)
Metabolna alkaloza
↑ c(HCO3-)
↑ Respiratorna
(hipoventilacija)
Respiratorna acidoza
↑ pCO2
↓ Metabolna
(povečano izločanje H+)
Respiratorna alkaloza
↓pCO2
↑ Metabolna
(manjšano izločanje H+)


Slika 1: Motnje AB ravnotežja ter odgovor organizma na te motnje

Vpliv elektrolitov na AB ravnotežje
Pomembnost koncentracije kalija v krvi: K+ in H+ lahko drug drugega zamenjujeta. Tako pri acidozi protoni prehajajo v celice in izpodrinejo del znotrajceličnega kalija, presežek le-tega pa se izloči skozi ledvice (normokaliemija vendar znižane telesne zaloge). Pri hitrem popravku acidoze protoni prehajajo iz celic, kalij pa v celice. Tako lahko povzročimo hipokaliemijo, mišično šibkost, srčno aritmijo in življenjsko nevarno dihalno odpoved.
Spremembe v koncentraciji protonov vpliva tudi ne koncentracijo Ca2+. 45 krvnega kalcija je vezanega na plazemske proteine (albumin), 5 pa se nahaja v kompleksu z različnimi anioni. Če pride do dviga plazemske koncentracije H+ le-ti izpodrinejo kalcijeve ione s tem, da se sami vežejo na proteine in anione. Tako pride do porasta kalcija v plazmi. Pri povišanju krvnega pH pa se zgodi obraten proces. Tako acidozo povezujemo s hiperkalciemijo, alkalozo pa s hipokalciemijo.

Primeri motenj AB ravnotežja

KAJ POVZROČA VZROK KOMPENZACIJA
CUSHINGOVA BOLEZEN Presnovna alkaloza
Močno povečano izločanje kortizola, kar ima podoben učinek kot aldosteron. dvig pCO2
PRIMARNI HIPERALDOSTERONIZEM Presnovna alkaloza Zvišan aldosteron, povečano izločanje protonov in kalija. dvig pCO2
OBILNO BRUHANJE IZ ŽELODCA Presnovna alkaloza Izgubljanje nehlapnih kislin (HCl, zmanjšana prostornina ZCT). dvig pCO2
UPORABA TIAZIDNIH DIURETIKOV IN DIURETIKOV HENLEJEVE PENTLJE Presnovna alkaloza Uporaba teh diuretikov povzroči tudi zmanjšanje volumna ZCT, kar povzroči povečano izločanje aldosterona (vpliv na izločanje H+). dvig pCO2
HIPOKALIEMIJA Presnovna alkaloza (gre za vzdrževanje alkaloze) Kalji prehaja iz celic protoni pa v celice, kar povzroči padec pH tudi v celicah ledvic. Te to zaznajo kot acidozo in posledično izločajo več protonov (paradoksalna acidurija). dvig pCO2
ZOŽITEV LEDVIČNE ARTERIJE Presnovna alkaloza Večje izločanje renina, angitenzina, aldosterona. dvig pCO2
NOSEČNOST Dihalna alkaloza Motnje v tvorbi sečnine in glutamina, motnje v sintezi hemoglobina. padec HCO3-
ZMEREN AKUTNI EDEM PLJUČ. Dihalna alkaloza Progesteron spodbuja dihanje. padec HCO3-
HIPERTERMIJA (39C) Dihalna alkaloza Pri povišani telesni temp. je pospešena presnova, pospešeno je tudi dihanje (hitrejše izplavljanje CO2). padec HCO3-
UPORABA K+ -VARČNIH DIURETIKOV Presnovna acidoza Ti diuretiki imajo delovanje antagonistično aldosteronu. padec pCO2

KRONIČNO ODPOVEDOVANJE LEDVIC Presnovna acidoza Ledvice ne zagotavljajo izplavljanja prekomernih količin nehlapnih kislin, fosfatov in NH4+ (zmanjšano privzemanje bikarbonata). padec pCO2

SLADKORNA BOLEZEN Pesnovna acidoza Zvišana koncentracija ketonskih teles. padec pCO2

ZDRAVLJENJE Z INHIBITORJI KARBONSKE ANHIDRAZE (diuretiki),
OSMOZNI DIURETIKI Presnovna acidoza Inhibicija karbonske anhidraze v celicah proksimalnega tubula zmanjša reabsorbcijo HCO3- in sekrecijo H+. Osmozni diuretiki zmanjšajo reabsorbcijo HCO3-. padec pCO2

ADDISONOVA BOLEZEN Presnovna acidoza Pomanjkanje aldosterona in s tem višek protonov v krvi. padec pCO2

ŠOK Presnovna acidoza Znižan pO2, zvišana produkcija laktata, laktacidoza. padec pCO2

ZASTRUPITEV Z ALKOHOLOM Presnovna acidoza Povečano nastajanje nehlapnih kislin. padec pCO2

ZASTRUPITEV Z SALICILATI Dihalna alkaloza, presnovna acidoza V začetku gre za vzpodbujanje centra za dihanje, kasneje pa prevlada presnovna acidoza. padec HCO3-, padec pCO2
ZELO OBSEŽEN EDEM PLJUČ Dihalna in metabolna acidoza Ovirano je izplavljanje viška CO2, hipoksija pa je vzrok za povečano nastajanje laktata. dvig HCO3-


ZMERNO AKUTNO POSLABŠANJE ASTME Dihalna alkaloza Refleksno spodbujanje dihanja (znižan pO2) vodi v hipokapnijo. padec HCO3-


ZCT- zunajcelična tekočina