Acidobazická rovnováha

Acidobazická rovnováha
(ABR)
Vladimíra Kvasnicová

Definice - OPAKOVÁNÍ
• pH
pH = -log c H +
při pH = 7,4 je c H + = 40 nM
• kyselina
kyselina = donor H +
• zásada
zásada = akceptor H +
• disociační konstanta
K = (c H + x c A -) / c HA
pK = - log K
• pufry
= systémy zmírňující výkyvy pH

ozmezí pH slučitelné se životem
Obrázek převzat z http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/14fluid.html (duben 2007)

Silná x slabá kyselina
silná kyselina
= nedisociovaná kyselina
= volný H +
slabá kyselina
= volný anion
Obrázek převzat z http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/14fluid.html (duben 2007)

Funkce pufrů
+ 3 HCl
roztok obsahující pufr
HCO 3-
/H 2
CO 3
navíc je pouze 1
volný H +
Obrázek převzat z http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/14fluid.html (duben 2007)

Handerson-Hasselbalchova rovnice
pro bikarbonátový pufr
• pH = pK A + log [HCO 3- ]/[CO 2 ]
• [CO 2 ] = α . pCO 2
– α = 0,226 pro pCO 2 v kPa
– α = 0,03 pro pCO 2 v mmHg
• za fyziologických podmínek
– [HCO 3- ] = 24 mM
– [CO 2 ] = 1,2 mM
• pH = 6,1 + log 24/1,2 = 7,4

Význam disociační konstanty
! pufry nejlépe pufrují při pH = pK ± 1 !
Spočítejte poměr složek fosfátového pufru
(HPO 4
2-
/ H 2 PO 4- , pK 2 = 7,0) při
a) pH = 7,4 (v krvi)
b) pH = 7,0 (v buňce)
c) pH = 6,0 (v moči)
2,5 = 25/10 = 5/2
1,0 = 1/1
0,1 = 1/10

~ 20 000 mmol / den
Obrázek převzat z knihy: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2 nd edition, Thieme 2005

Metabolismus okyseluje:
obecně: uhlíkatý skelet → CO 2 +H 2 O → HCO 3- +H +
• sacharidy → glukóza → pyruvát, laktát + H +
• triacylglyceroly → mastné kyseliny, ketolátky + H +
• fosfolipidy → fosfát + H +
• proteiny → aminokyseliny → sulfát, močovina + H +

Pořadí systémů zodpovídajících
za udržování ABR
1. pufry (výkyvy pH při běžném metabolismu)
2. plíce (CO 2 )
3. ledviny (H + , HCO 3- )
• na udržování pH krve se podílejí také
játra (syntéza močoviny, přeměna laktátu) a
myokard (oxidace ketolátek)

Hlavní pufrační systémy
lokalizace pufry komentář
ISF bikarbonátový pufruje metabolické kyseliny
fosfátový nízká koncentrace - malý význam
proteiny
nízká koncentrace - malý význam
krev bikarbonátový pufruje metabolické kyseliny
hemoglobin
pufruje CO 2
(vznik kyseliny uhličité)
plazmatické
proteiny
fosfátový
minoritní
nízká koncentrace - malý význam
ICF proteiny významný pufr
fosfátový
významný pufr
moč fosfátový
amoniakální
odpovídá za většinu tzv. titrovatelné acidity moči
významný: odstraňování –NH 2
i protonů; kation!

Pufry krve - přehled
• bikarbonátový: HCO 3- /CO 2
pK(H 2 CO 3 ) = 6,1 24 mM
• fosfátový: HPO 4
2-
/H 2 PO 4
-
pK(H 2 PO 4- ) ≈ 7,0 1 mM
• hemoglobin: Hb - /Hb-H +
pK(HHbO 2 ) = 6,17
pK(HHb) = 7,82 160g/L
• proteiny: protein/protein-H + 70g/L
pK = 4 – 12
(hlavně Asp, Glu a His)

Pufry krve
pufr plazma erytrocyty celkem
HCO 3-
/CO 2
35 % 18 % 53 %
Hb/Hb-H + - 35 % 35 %
plazmatické proteiny 7 % - 7 %
anorganický fosfát 1 % 1 % 2 %
organický fosfát - 3 % 3 %
43 % 57 % 100 %

O 2
Vylučování
CO 2
O 2
plícemi
Obrázek převzat z http://science.kennesaw.edu/~jdirnber/Bio2108/Lecture/LecPhysio/42-29-BloodCO2Transport-AL.gif (březen 07)

Vylučování protonů ledvinami
Obrázek převzat z http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/14fluid.html (duben 2007)

Obrázek převzat z http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/14fluid.html (duben 2007)

Obrázek převzat z http://www.colorado.edu/kines/Class/IPHY3430-200/14fluid.html (duben 2007)

Pufrování moči
1. za 1 vyloučený H + se vstřebá 1 HCO 3- !!!
2. NH 3 + H + → NH 4
+
(50 mmol H + /den)
3. H + + HPO 4
2-
→ H 2 PO 4
-
(20 mmol H + /den)

Poruchy ABR
Hypoventilace, zvýšená
produkce nebo snížené
vylučování kyselin
Hyperventilace,
zvýšené ztráty
kyselin
Obrázek převzat z knihy: J.Koolman, K.H.Röhm / Color Atlas of Biochemistry, 2 nd edition, Thieme 2005

Poruchy ABR
1. respirační = změna pCO 2
– hyper nebo hypokapnie
2. metabolická = změna [HCO 3- ]
• acidóza
– hromadění kyselých nebo ztráta alkalických
metabolitů
• alkalóza
– hromadění alkalických nebo ztráta kyselých
metabolitů

Příčiny
Acidóza
• respirační: hypoventilace ↑pCO 2
• metabolické
– vážné průjmy ↓HCO 3
-
– DM – ketoacidóza
– vytrvalé cvičení ↑laktát
Alkalóza
• respirační: hyperventilace ↓pCO 2
• metabolické
– zvracení ↓HCl
– alkalizující léky

CO 2 produkovaný
metabolismem
HCO 3- regenerovaný
v ledvinách
CO 2 vylučovaný
plícemi
HCO 3- ztrácený
pufrováním
endogenních kyselin
Obrázek převzat z http://romerosnap1.phol.cwru.edu/AcidBase-SOMy1.htm (duben 2007)

Primární poruchy ABR
Resp.
pCO 2
Mtb.
HCO 3
-
Obrázek převzat z http://romerosnap1.phol.cwru.edu/AcidBase-SOMy1.htm (duben 2007)

24 mM
Obrázek převzat z http://romerosnap1.phol.cwru.edu/AcidBase-SOMy1.htm (duben 2007)

Kompenzace
= snaha organismu o normalizaci pH
• jeden systém nahrazuje porušenou funkci
systému jiného
respirační poruchy kompenzovány ledvinami (3-5 dní)
metabolické poruchy kompenzovány plícemi (12-24 hod.)
nebo korigovány ledvinami

PŘÍKLAD KOMPENZACE:
metabolická alkalóza
nekompenzovaná
kompenzovaná
Obrázek převzat z http://romerosnap1.phol.cwru.edu/AcidBase-SOMy1.htm (duben 2007)

Fyziologické hodnoty ABR
(dle NČLP)
Astrup
pH 7,36 - 7,44 skleněná elda
pO 2 8,9 - 14,7 kPa Clarkovo čidlo
pCO 2 4,80 - 5,90 kPa Severinghausovo čidlo
HCO
- 3 24 ± 2 mM dopočet
BE 0 ± 2,5 mM dopočet

Případ 1
Muž (70 let) s chronickým plicním onemocněním
hospitalizován pro akutní zhoršení příznaků.
Astrup měřen po přijetí (A), po intenzivní léčbě –
zhoršení stavu (B), 6 hod. po zahájení plicní
ventilace (C), po 12 hod. - měl záchvat (D)
A B C D
pH 7,30 7,24 7,40 7,54
pCO 2 (kPa) 9,47 10,93 7,73 5,73
HCO
- 3 (mM) 35 35 34 35

Případ 1
Muž (70 let) s chronickým plicním onemocněním
hospitalizován pro akutní zhoršení příznaků.
Astrup měřen po přijetí (A), po intenzivní léčbě –
zhoršení stavu (B), 6 hod. po zahájení plicní
ventilace (C), po 12 hod. - měl záchvat (D)
A B C D
pH 7,30 ↓ 7,24 ↓ 7,40 7,54 ↑
pCO 2 (kPa) 9,47 ↑ 10,93 ↑ 7,73 ↑ 5,73
HCO
- 3 (mM) 35 ↑ 35 ↑ 34 ↑ 35 ↑
Chronická RAc, přehnaná korekce + MAl

Respirační acidóza
příčina: hypoventilace
⇒ ↑ CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 → HCO 3- + H +
pufrování:
H + + Hb → Hb-H + ⇒ úbytek báze
důsledek:
* nárůst pCO 2 ⇒ pokles pH
* nárůst HCO 3- a úbytek bází jiných pufrů,
hlavně Hb⇒BE = 0
při ↓ pO2 ⇒ ↑ laktátu (+ MAc)
kompenzace:
↑ vstřebávání HCO 3- ledvinami → kyselá moč
⇒ pozitivní BE

Případ 2
Mladá žena po úrazu hlavy, v bezvědomí; byla
zjištěna fraktura lebky s pohmožděním mozku;
3 dny beze změny.
A
B
pH 7,52 7,48
pCO 2 (kPa) 3,47 3,87
HCO
- 3 (mM) 22 19

Případ 2
Mladá žena po úrazu hlavy, v bezvědomí; byla
zjištěna fraktura lebky s pohmožděním mozku;
3 dny beze změny.
A
B
pH 7,52 ↑ 7,48 ↑
pCO 2 (kPa) 3,47 ↓ 3,87 ↓
HCO
- 3 (mM) 22 19 ↓
Respirační alkalóza, kompenzovaná
(hyperventilace způsobená úrazem hlavy)

Respirační alkalóza
příčina: hyperventilace
⇒ ↓ CO 2 + H 2 O → ↓H 2 CO 3 →↓HCO 3- + ↓H +
pufrování:
Hb-H + → Hb + H + ⇒ nárůst báze
důsledek:
* pokles pCO 2 ⇒ vzrůst pH
* úbytek HCO 3- a nárůst bází jiných pufrů⇒BE = 0
kompenzace:
zvýšené vylučování HCO 3- ledvinami
⇒ negativní BE

Respirační poruchy
vychýlení
z rovnováhy na jinou
izobaru
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th
ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

Případ 3
Pacient s nejasnými symptomy, horečkou a
hyperventilací:
Na +
K +
Cl -
HCO 3
-
140 mM
3,5 mM
102 mM
13 mM
pH 7,39
pCO 2
2,67 kPa

Případ 3
Pacient s nejasnými symptomy, horečkou a
hyperventilací:
Na +
140 mM
K + 3,5 mM ↓
Cl -
102 mM
HCO 3
-
13 mM ↓
pH 7,39
pCO 2 2,67 kPa ↓
AG
28,5 mM
laktát: 10 mM ↑
Metabolická acidóza (laktátová) + RAl

Ionogram – anion gap
• Na + 140
• K + 4
• Ca 2+ 2,5
• Mg 2+ 1
• Cl - 103
• HCO
-
3 24
• H 2 PO
-
4 1
• SO
2-
4 0,5
• anion gap 12 ± 4
Koncentrace(mM)
Anion gap = ([Na + ]+ [K + ]) - ([Cl - ]+ [HCO 3-
])

Metabolická acidóza
příčina:
1) nadprodukce kyselin (H + ) v mtb
→ vysoký anion gap
2) zvýšené vylučování HCO
-
3
→ normální anion gap
ad1) metabolismus produkuje nadbytek kyselin → ↑ H +
pufrování: H + + HCO 3- → H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
⇒ odstranění CO 2 : hyperventilace (= kompenzace)
a H + + báze nebikarbonátových pufrů
⇒ pokles BE (HCO 3- i jiných bází)
ad2) ztráty HCO 3- např. při průjmech, inhibitory CA

Metabolická acidóza (II)
důsledek:
* pokles pH
* negativní BE
* kyselá moč (↑ fosfáty a NH 4+ ), snížené
vylučování HCO 3
-
* hluboké dýchání
(stimulace dechového centra vysokou koncentrací H + )
→ později ↓ pCO 2 (= kompenzace)
kompenzace:
hyperventilace⇒další pokles HCO 3
-

Případ 4
Muž (45 let) hospitalizován pro neustávající
zvracení. Anamnéza: dlouhodobá neléčená
dyspepsie. Při vyšetření nalezena dehydratace a
povrchní dýchání.
pH 7,56
pCO 2 (kPa) 7,20
HCO
- 3 (mM) 45
K + (mM) 2,8

Případ 4
Muž (45 let) hospitalizován pro neustávající
zvracení. Anamnéza: dlouhodobá neléčená
dyspepsie. Při vyšetření nalezena dehydratace a
povrchní dýchání.
pH
pCO 2 (kPa)
HCO
- 3 (mM)
K + (mM)
7,56 ↑
7,20 ↑
45 ↑
2,8 ↓
Metabolická alkalóza – ztráta H + zvracením

Metabolická alkalóza
příčina: 1) zvýšené vylučování protonů
(např. zvracení, ↑vstřebávání NaHCO 3 )
2) zvýšený přísun alkálií
pufrování:
↓ H + ⇒ CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3 → HCO 3- + H +
další pufry → H +
⇒ ↑ HCO 3- aj. bází pufrů⇒pozitivní BE
důsledek:
* zvýšení pH
* pozitivní BE
* ↓ K+ v krvi ⇒ poruchy srdečního rytmu
kompenzace: hypoventilace

Metabolické poruchy
vychýlení z rovnováhy
probíhá na téže
izobaře
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th
ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

Kalémie
(= koncentrace K + v krvi)
3,8-5,3 mM
• acidóza → vyplavování K + z buněk⇒hyperkalémie⇒
ztráty K + močí (rychlá alkalizace organismu vede
následně k hypokalémii → nebezpečí hlavně pro srdce
- přenos signálu na membráně)
• alkalóza → K + nahrazuje nedostatek H + v buňkách ⇒
pokles K + v krvi ⇒ hypokalémie; místo H + se do moči
vylučuje K + (výměnou za Na + )

Případ 5
Muž (23 let, mechanik) – rozrušený, zmatený,
ikterické zbarvení očních sklér. Anamnéza: před
12 hod. vypil Fridex (= nízkomrznoucí směs).
Na + (mM) 137
K + (mM) 5,4
Cl - (mM) 95
HCO
- 3 (mM) 4
glukóza (mM) 2,5
pH 6,95
pCO 2 (kPa) 2,0

Případ 5
Muž (23 let, mechanik) – rozrušený, zmatený,
ikterické zbarvení očních sklér. Anamnéza: před
12 hod. vypil Fridex (= nízkomrznoucí směs).
Na + (mM) 137
K + (mM) 5,4
Cl - (mM)
HCO
- 3 (mM)
glukóza (mM)
pH
pCO 2 (kPa)
95 ↓
4 ↓
2,5 ↓
6,95 ↓
2,0 ↓
Metabolická
acidóza
- otrava
ethylenglykolem