tekst

REGELING VAN HET ZUUR-BASE EVENWICHT
Luc Foubert, MD, PhD
Dienst Anesthesie en Intensieve Zorgen
OLV Ziekenhuis Aalst

2
REGELING VAN HET ZUUR-BASE EVENWICHT
Inleiding
Homeostase van de scheikundige samenstelling en quasi constante fysische eigenschappen
van de interstitiële vloeistof waarin de weefselcellen zich bevinden, is één van de essentiële
voorwaarden voor het normaal functioneren van de organen. De samenstelling van de
interstitiële vloeistof wordt onrechtstreeks geregeld vanuit het bloed door continue
uitwisseling tussen beide compartimenten.
De zuur-base homeostase vindt primair in het bloedcompartiment plaats, terwijl ze in het
interstitiële compartiment hoofdzakelijk gebeurt door diffusie van HCO - 3 , H + en CO 2 tussen
beide compartimenten.
Dat dit mechanisme nauwkeurig werkt, blijkt uit de nauwe marge van de arteriële pH die
schommelt tussen 7.37 en 7.43, wat overeenkomt met een [H + ] van 37 – 43 nmol / L. Voor
het Extra Cellulair Vocht (ECV) betekent dit een totale pool van 600 nmol H + (15 L ECV x
40 nmol / L).
Vermits zelfs kleine veranderingen in H + concentraties de snelheid van intracellulaire reacties
drastisch kunnen beïnvloeden, is een adequate zuur-base homeostase van vitaal belang voor
het lichaam.
De pH homeostase berust enerzijds op voorlopige of fysicochemische mechanismen, en
anderzijds op definitieve of fysiologische mechanismen.
De fysicochemische buffersystemen zijn onderling met elkaar in evenwicht (isohydrisch
principe) en bestaan uit intracellulaire en extracellulaire bufferparen: vnl. proteïnen, het
koolzuur / bicarbonaat systeem en fosfaten. Deze systemen kunnen zowel H-ionen als OHionen
opnemen en beletten zodoende grote veranderingen in de pH van het ECV. Vermits het
lichaam continu zure metabolieten produceert, en derhalve dus protonen, zouden deze
buffersystemen verzadigd geraken, tenzij de geproduceerde H + in evenredigheid met hun
productie uit het lichaam uitgescheiden worden.
Dit geschiedt via fysiologische mechanismen. Deze mechanismen regelen de verwijdering
-
van CO 2 via de longen, en van HCO 3 en H + via de nieren. Zodoende is de pH van het ECV
de resultante van ventilatoire en renale activiteit.

3
De buffersystemen reageren in een fractie van een seconde om extreme veranderingen in H + -
concentraties op te vangen. De respiratoire reactie daarentegen komt slechts op gang na 1 tot
15 minuten, terwijl de renale compensatiemechanismen, alhoewel ze de meest efficiënte zijn,
slechts na meerdere uren tot dagen hun effect kunnen uitoefenen.
In normale fysiologische omstandigheden moet het lichaam zich verdedigen tegen aanzuring,
vermits de stofwisselingsprocessen vooral zuren produceren. Dit zijn overwegend het
koolzuurvormend koolstofdioxide, dat langs de longen verwijderd wordt, en de “vaste” of
“niet-vluchtige” zuren die langs de nieren verwijderd worden. Dankzij de buffersystemen kan
het transport van deze zuren naar de longen en de nieren geschieden met een minimum aan
pH veranderingen van het ECV.
Het is evident dat de pH van het ECV slechts constant kan gehouden worden als de eliminatie
van de geproduceerde zuren door longen en nieren op elk ogenblik gelijk is aan hun productie
door de weefsels.

4
A. VOORLOPIGE (FYSICOCHEMISCHE) MECHANISMEN
1. Verdunning
Een plotse overmaat aan H + zal steeds verdund worden in de bloedsomloop, zodat het gevaar
over gans het lichaam verspreid wordt.
2. De bufferionen
- Een zuur-base buffer is een oplossing van twee of meer chemische substanties die sterke
schommelingen in de [H + ] verhindert wanneer een zuur of een base worden toegevoegd
aan een vloeistof (zie addendum 1).
- Buffering gebeurt zowel in het plasma als in de rode bloedcellen.
Volgende bufferanionen spelen een rol (% van buffering in bloed)
Extracellulair (45%)
- plasmabicarbonaat 35
- plasma-proteïnen 7
- anorganische fosfaten 3
Intracellulair (55%)
- hemoglobine en oxyhemoglobine 35
- rbc-bicarbonaat 18
- rbc-organische fosfaten 2
- Het bicarbonaatsysteem neemt 53 % van de buffercapaciteit van het bloed in. Het neemt
niet alleen hierom de voornaamste plaats in, maar vooral omdat twee elementen van dit
buffersysteem kunnen aangepast worden. Het HCO - 3 wordt door de nieren aangepast en
het CO 2 door de longen.
- De verschillende buffersystemen staan niet los van elkaar, maar vormen een complex
systeem waarin protonen van het ene systeem naar het andere overlopen totdat overal
dezelfde [H + ] heerst (isohydrisch principe).

5
- Met behulp van het Davenport diagram kan men de bufferlijn van het bloed of het
interstitiëel vocht bepalen. Deze lijn toont, op louter fysicochemische gronden, de
-
verwachte pH veranderingen in HCO 3 en arteriële PCO 2 .
3. Kationenuitwisseling tussen extra- en intracellulair compartiment
Bij een plotse verandering in de samenstelling van het extracellulair vocht kunnen cellen deze
verandering bufferen.
Bij een acute stijging van [H + ] kunnen deze tijdelijk in de cellen (spiercellen, beenderweefsel)
opgenomen en daar gebufferd worden.
3H + 2K + + Na +
D.w.z. dat bij acidose dikwijls extracellulaire hyperkalemie optreedt en bij alkalose een
extracellulaire hypokalemie.

6
B. DEFINITIEVE (FYSIOLOGISCHE) MECHANISMEN
1. Ventilatoire regeling van de zuur-base balans
In normale omstandigheden is de dagelijkse CO 2 productie van metabole oorsprong, door de
afbraak van koolhydraten en vetten, en ook uit aminozuren na desaminatie. De dagelijkse
productie varieert met het metabolisme en de fysische activiteit van het individu en wisselt
van ongeveer 12000 mmol (270 L) in basale omstandigheden tot 30000 mmol (670 L) en
meer, bij zware fysische activiteit.
Wanneer we de Henderson-Hasselbalch vergelijking bekijken, zien we dat een verhoging van
de CO 2 in het ECV de pH doet dalen, terwijl een verlaging van de CO 2 de pH doet stijgen.
Op basis hiervan is het respiratoir systeem in staat de pH te regelen.
pH = 6.1 + log (HCO 3
-
/ CO 2 )
Het metabool gevormde CO 2 diffundeert in het interstitiëel vocht en het bloed, wordt
getransporteerd naar de longen waar het diffundeert in de alveolen, en wordt tenslotte
uitgeademd in de atmosfeer (voor transport van CO 2 zie addendum 2). Vermits het CO 2
transport van de cellen naar de atmosfeer verschillende minuten duurt, is er steeds een
hoeveelheid opgelost CO 2 in het ECV (gemiddeld 1.2 mmol/L). Als de metabole CO 2
productie toeneemt of afneemt, stijgt of daalt uiteraard ook de CO 2 concentratie in het ECV.
Als daarentegen de ventilatie toe- of afneemt, zal de hoeveelheid CO 2 in het ECV
respectievelijk dalen of stijgen.
a. Effect van alveolaire ventilatie op de ECV pH
Bij een constante metabole CO 2 productie, is de alveolaire ventilatie de enige factor die de
CO 2 concentratie in het lichaam verandert.
CO 2 ~ 1 / alveolaire ventilatie

7
Vermits een stijging van de CO 2 de pH verlaagt, zal de H + concentratie ook veranderen als de
alveolaire ventilatie verandert.
Figuur 1 toont de verandering in de pH van het bloed wanneer de alveolaire ventilatie
verandert.
Bemerk dat een verdubbeling van de alveolaire ventilatie de pH van het ECV met 0.23
verhoogt, d.i. een pH verandering van 7.40 naar 7.63. Omgekeerd kan een reductie van de
alveolaire ventilatie tot een vierde van het normale de pH doen dalen tot ongeveer 7.0 .
Vermits de alveolaire ventilatie kan variëren van ongeveer 0 tot 15 maal de normale
ventilatie, kan de impact van het respiratoir systeem op de pH van het ECV enorm zijn.
b. Effect van [H + ] op alveolaire ventilatie
Enerzijds beïnvloedt de alveolaire ventilatie de [H + ], maar anderzijds beïnvloedt de [H + ] ook
de alveolaire ventilatie. Dit laatste is het gevolg van een directe stimulatie van het
ademhalingscentrum in de medulla oblongata door H + -ionen.

8
Figuur 2 toont de veranderingen in alveolaire ventilatie a.g.v. veranderingen in de arteriële
pH. Een pH van 7.0 verhoogt de alveolaire ventilatie met een factor 4 – 5, terwijl een pH van
7.6 de alveolaire ventilatie reduceert tot ongeveer 50 % van zijn normale waarde.
Figuur 2
Door de interactie tussen [H + ] en de alveolaire ventilatie treedt het respiratoir systeem op als
een typisch feedback controlesysteem.
Als de [H + ] stijgt, wordt het respiratoir systeem geactiveerd en stijgt de alveolaire ventilatie.
Hierdoor daalt de CO 2 in het ECV en bijgevolg ook de [H + ]. Bij een gedaalde [H + ] gebeurt
net het omgekeerde. Een beschermingsmechanisme tegen extreem lage alveolaire ventilatie is
hypoxie, dat zelf een sterke stimulator is van de ademhaling.
Het respiratoire compensatiemechanisme is echter niet volledig. Men neemt aan dat het
mechanisme een efficiëntie heeft van 50 tot 70 %. D.w.z. dat, indien de pH plots zou
verlaagd worden van 7.4 naar 7.0, het respiratoir systeem de pH in 3 tot 12 min kan
terugbrengen tot een waarde van 7.2 – 7.3. Maximale compensatie wordt bereikt na ongeveer
12 – 36 uur.
In feite is de respiratoire regulatie van het zuur-base evenwicht een fysiologische variant van
het eerder besproken chemische buffersysteem, met dien verstande dat dit systeem ongeveer 2
maal krachtiger is dan het chemische buffersysteem. D.w.z. dat ongeveer 2 maal meer zuren
of basen kunnen gebufferd worden door dit mechanisme dan door de chemische buffers.

9
2. Renale regeling van de zuur-base balans
Afgezien van de productie van CO 2 produceert het lichaam in normale omstandigheden en bij
een normaal dieet ongeveer 50 – 100 mmol H + per dag (± 1 mmol/kg.dag). Dit zuur is
afkomstig van het katabolisme van proteïnen en in mindere mate van fosfolipiden, waarbij
zwavelzuur en fosforzuur ontstaat. Daarnaast kan de onvolledige oxidatie van koolhydraten
en vetten aanleiding geven tot de vorming van melkzuur (intense fysische inspanning) en
ketonlichamen (langduring vasten).
Een productie van 50 – 100 mmol H + per dag komt overeen met een toevoeging van 600 -
1200 nmol per seconde aan het organisme, en dit terwijl het ECV zelf slechts een H + pool
heeft van 600 nmol H + , bij een pH van 7.40.
In normale omstandigheden slagen de nieren er in om evenveel H + te excreteren als er
geproduceerd worden. Zij regelen de pH van het ECV hoofdzakelijk door het bicarbonaat in
het bloed en het ECV te verhogen of te verlagen. Om dit te doen, maken ze gebruik van een
complex aantal reacties in de niertubuli.
a. Tubulaire secretie van H + -ionen
De epitheliale cellen van de proximale en de distale tubuli, alsook van de ducti colligentes
secreteren H + in het tubulaire lumen. Het secretiemechanisme is voorgesteld in figuur 3.
Het secretieproces begint met koolstofdioxide dat ofwel in de tubulaire cellen diffundeert of
er geproduceerd wordt. Met behulp van het koolzuuranhydrase wordt koolstofdioxide
omgezet tot koolzuur dat onmiddellijk dissocieert in bicarbonaat en een proton. Dit proton
wordt actief gesecreteerd in het tubulaire lumen.
Ongeveer 84 % van alle protonen door de tubuli gesecreteerd, worden in de proximale tubuli
gesecreteerd. In deze tubuli kunnen de protonen slechts maximaal 3 – 4 maal geconcentreerd
worden (pH = 6.9, in vergelijking met de pH = 7.4 van het glomerulair filtraat), terwijl in de
ducti colligentes een concentratiegradiënt van 900 kan bereikt worden (pH = 4.5). De pH in
de distale tubuli is intermediair en kan dalen tot ongeveer 6.0 – 6.5.
De secretie van protonen in het tubulaire lumen wordt gedreven door de CO 2 concentratie in
het ECV. Hoe hoger de concentratie aan CO 2 in het ECV (hypercapnie, verhoogd
metabolisme), hoe sneller de reactie verloopt en hoe meer protonen er in de tubulaire lumina
worden gesecreteerd.

10
Figuur 3.
b. Reabsorptie van bicarbonaat.
Zoals reeds vermeld spelen bicarbonaat-ionen een belangrijke rol in de zuur-base regulatie
van het ECV. Het zijn in eerste instantie de proximale renale tubuli die een belangrijke
regulerende rol te vervullen hebben. Alhoewel de tubulaire cellen nauwelijks permeabel zijn
voor de grote, negatief geladen bicarbonaat-ionen, kunnen deze laatste toch “gereabsorbeerd”
worden door een bijzonder proces t.h.v. de proximale tubuli (fig. 3).
In de tubuli reageren de gesecreteerde protonen met het door de glomeruli gefiltreerde
bicarbonaat tot koolzuur. Deze reactie wordt gecatalyseerd doordat de luminale zijde van de
proximale tubulaire cellen (en niet van de andere tubuli) grote hoeveelheden koolzuur
anhydrase bevatten. Het aldus gevormde koolzuur splitst onmiddellijk in water en CO 2 . Dit
laatste diffundeert zeer snel naar de tubulaire cellen en naar het bloed. Het water wordt verder
afgevoerd naar de distale tubuli.
Samenvattend kan men stellen dat voor elk proton dat gesecreteerd wordt er een bicarbonaation
gevormd wordt in de tubulaire cel door dissociatie van koolzuur. Dit bicarbonaat-ion
diffundeert dan samen met een natrium-ion naar de peritubulaire vloeistof, zodat er een netto
reabsorptie gebeurt van bicarbonaat en natrium.
In normale omstandigheden is de hoeveelheid protonen gesecreteerd in de tubuli quasi gelijk
aan de hoeveelheid bicarbonaat dat door glomerulaire filtratie in de tubuli verschijnt. Zij
vormen dus samen koolzuur, zodanig dat zij elkaar neutraliseren (ook titratiereactie
genoemd).

11
Wanneer een overmaat aan protonen wordt gesecreteerd door de tubuli, dan zullen ongeveer
alle bicarbonaat-ionen gereabsorbeerd worden, en zal er nauwelijks bicarbonaat in de urine
teruggevonden worden. Bij een overmaat aan bicarbonaat-ionen, is het titratieproces niet
volledig en wordt het overschot aan bicarbonaat afgevoerd in de urine.
Het basismechanisme waarmee de nier dus acidose of alkalose corrigeert, is door onvolledige
titratie van protonen tegenover bicarbonaat-ionen, zodat één van de twee componenten in de
urine afgevoerd wordt en bijgevolg verwijderd wordt uit het extracellulair vocht.
c. Renale correctie van alkalose
Bij alkalose is de verhouding bicarbonaat over koolstofdioxide gestegen (cfr. Henderson-
Hasselbalch vergelijking). Daardoor wordt er meer bicarbonaat in de tubuli gefilterd dan er
protonen in gesecreteerd worden. Deze toename treedt op doordat de hoge extracellulaire
bicarbonaat concentratie ook teruggevonden wordt in het glomerulair filtraat, terwijl de lage
koolstofdioxide concentratie de secretie van protonen vermindert. Bijgevolg is het evenwicht
tussen bicarbonaat en koolstofdioxide in de tubuli verstoord, en is er een overmaat aan
bicarbonaat aanwezig. Vermits bicarbonaat ionen enkel kunnen gereabsorbeerd worden als ze
eerst met protonen reageren, zal het overschot aan bicarbonaat in de urine achterblijven en
natrium of andere kationen met zich meevoeren. Het uiteindelijke gevolg is dat
natriumbicarbonaat uit het ECV verwijderd wordt.
Merk op dat volgens de vergelijking van Henderson-Hasselbalch een daling van bicarbonaat
de pH doet dalen. Door het isohydrisch principe schuiven ook de andere buffers naar de
“zure” kant op, zodat de alkalose dus gecorrigeerd is.
d. Renale correctie van acidose
Bij acidose is de verhouding koolstofdioxide over bicarbonaat gestegen. Daardoor overstijgt
de secretie van protonen de filtratie van bicarbonaat ionen in de tubuli. Door de grote
overvloed aan protonen zijn er onvoldoende bicarbonaat ionen aanwezig om mee te reageren,
en het overschot aan protonen bindt aan buffers in het tubulaire vocht en wordt afgevoerd met
de urine.
Uit figuur 3 weten we dat voor elk proton dat gesecreteerd wordt door de proximale tubulaire
cellen er een netto stijging is van natriumbicarbonaat in het ECV, waardoor volgens de

12
Henderson-Hasselbalch vergelijking en door het isohydrisch principe alle buffers naar de
“alkalische” kant opschuiven. Dit verhoogt de pH en corrigeert de acidose.
e. Transport van een overvloed aan protonen in de urine
Vermits de maximale [H + ] in de tubuli 10 -4.5 molair bedraagt (pH = 4.5), betekent dit dat
slechts 1 % van de dagelijks geproduceerde protonen als vrije protonen in de urine kan
vervoerd worden. Het overschot aan protonen moet dus met behulp van buffers in de tubuli
getransporteerd worden, vermits bij een pH van 4.5 de verdere secretie van protonen zou
stilvallen.
In de tubulaire vloeistof zijn 2 belangrijke buffersystemen aanwezig om dit transport te
verwezenlijken: de fosfaatbuffer en de ammoniumbuffer. Bijkomend zijn er nog een aantal
zwakke buffersystemen zoals de citraat- en de uraatbuffers, alsook de bicarbonaatbuffer die
reeds besproken werd.
Transport van protonen door de fosfaatbuffer
De fosfaatbuffer is samengesteld uit een mengsel van HPO 2- 4 en H 2 PO - 4 . Beide buffers
worden in de tubuli geconcentreerd doordat ze enerzijds nauwelijks gereabsorbeerd worden
2-
en anderzijds doordat water uit de tubuli verwijderd wordt. De protonen reageren met HPO 4
(dat 4 maal meer voorkomt in het glomerulair filtraat dan H 2 PO - 4 ) en vormen H 2 PO - 4 (figuur
4). H + wordt voor Na uitgewisseld, dat met bicarbonaat naar het peritubulair vocht migreert.
Het netto resultaat is opnieuw een stijging van natriumbicarbonaat in het ECV.
Figuur 4

13
Transport van protonen door de ammoniumbuffer
De epitheliale cellen van alle niertubuli, met uitzondering van het dunne segment van de lus
van Henle, produceren ammoniak dat in de tubuli diffundeert. Daar reageert het met protonen
om ammonium-ionen te vormen (figuur 5). Deze worden in combinatie met chloride en
andere ionen (SO 2- 4 ) in de urine meegevoerd. Opnieuw in het netto effect een verhoging van
bicarbonaat in het ECV, zoals uit figuur 5 blijkt.
Figuur 5
Proton transport door de ammoniumbuffer is om drie redenen zeer belangrijk.
1. Telkens er een ammoniak molecule reageert met een proton, daalt de concentratie aan
ammoniak in de tubuli, waardoor een nieuw ammoniak molecule naar de tubuli kan
diffunderen. De ammoniak secretie is dus gecontroleerd door de overvloed aan protonen.
2. De meeste negatieve ionen in de tubuli zijn chloride ionen. Slechts een klein aantal
protonen zou in de urine kunnen vervoerd worden in direct contact met chloride ionen,
vermits HCl een sterk zuur is dat de pH zeer snel tot zijn kritische waarde van 4.5 zou
doen dalen. Indien echter de protonen reageren met ammoniak om ammoniumionen te
vormen, die op hun beurt binden aan chloride ionen, zal de pH van de urine heel weinig
dalen, vermits ammoniumchloride een zeer zwak zuur is.

14
3. In geval van chronische acidose kan de productie van ammoniak op enkele dagen tijd met
een factor 10 worden opgevoerd, zodat dit mechanisme in staat is grote hoeveelheden zuur
te bufferen.

15
ENKELVOUDIGE STOORNISSEN IN DE pH-HOMEOSTASE
Stoornissen primair te wijten aan longafwijkingen : respiratoire pathologie
Deze fysiopathologische veranderingen kunnen op een eenvoudige manier geïnterpreteerd
worden door te vertrekken van de vergelijking van Henderson, afgeleid van de
evenwichtsreactie van de bicarbonaatbuffer:
[H + ] = k * s P CO 2
/ HCO 3
-
= 1.2 meq L -1 / 24 meq L -1 = 1 / 20
A. Respiratoire acidose : primaire toename van P CO2
Oorzaak
Respiratoire insufficiëntie die acuut kan zijn (acute longinfectie, sedativa, narcotica) of
chronisch.
Fysiopathologie
1 / 20 2 / 20 ; [H + ] stijgt = ongecompenseerde respiratoire acidose.
Er treedt renale compensatie op die HCO - 3 doet stijgen;
- latentie 6 – 18 uur
- maximum na 2 – 4 dagen
B. Respiratoire alkalose : primaire daling van P CO2
Oorzaak : hyperventilatie.
- psychosomatisch : angst, hyperventilatie
- hoge koorts (vooral bij kinderen)
- prikkeling van de medulla oblongata door CVA, encephalitis, trauma
- hypoxemische hyperventilatie
- kunstmatige beademing

16
Fysiopathologie
1 / 20 0.5 / 20 ; [H + ] daalt = ongecompenseerde respiratoire alkalose.
Er treedt een renale compensatie op door HCO 3 - excretie.
Symptomen
- bij de acute vorm is er een lichte pH stijging, met neuromusculaire overprikkelbaarheid en
eventueel tetanie
- hypokalemie door :
- shift naar intracellulair
- meer eliminatie in de nier
- weerslag op centraal zenuwstelsel : convulsies, coma
Stoornissen die primair niet aan de longen te wijten zijn : metabole pathologie
A. Metabole acidose
H + stijgt (metabole acidose met anion gap) en / of HCO - 3 daalt (metabole acidose zonder
anion-gap).
Oorzaak
1. Overmatige aanvoer van H +
Endogeen
- onvolledige oxidatie van vetzuren met overmatige productie van β-hydroxyboterzuur en
acetoazijnzuur, bv. ketoacidose bij diabetes of vasten
- onvolledige oxidatie van glucose met stijging van lactaat (vb. onvoldoende
weefseloxygenatie bij shock)
Exogeen
- acetylsalicylzuur : geeft echter ook respiratoire alkalose door prikkeling van AH-centra,
waardoor dikwijls een gemengd beeld optreedt van respiratoire alkalose en metabole
acidose (meestal met verhoogd lactaat)
- ammoniumchloride : in lever afgebroken tot ureum en HCl

17
2. Onvoldoende excretie van H + (uremische acidose)
Deze acidose is het gevolg van een opstapeling van organische zuren bij nierinsufficiëntie
omdat de NH 3 productie onvoldoende is.
Deze 2 soorten metabole acidose gaan gepaard met een gestegen aniongap, terwijl de
hyperchloremische acidose een normale aniongap heeft.
3. Te groot verlies van bicarbonaat (hyperchloremische acidose)
- gastro-intestinaal verlies: door overmatig braken van dundarmvocht of bij diarree
darm- of pancreasfistels
- expansie acidose door snel toedienen van fysiologische zoutoplossingen met dilutie van
normale hoeveelheden bicarbonaat
- Plots wegvallen van hyperventilatie bij een patiënt met chronische (gecompenseerde)
respiratoire alkalose en laag bicarbonaatgehalte
Fysiopathologie
1 / 20 1 / 10 : ongecompenseerde metabole acidose.
Ter compensatie begint de patiënt te hyperventileren (Kussmaulse ademhaling). Dit
mechanisme werkt bij een pH tussen 7.2 en 6.8, en kan de P CO2 slechts zelden beneden 15 mm
Hg brengen.
De maximale werking treedt op tussen 12 en 36 uur en kan overshooting geven.
Symptomen
- hyperventilatie zonder dyspnee (minder efficiënt bij oudere patiënten)
- desoriëntatie, eventueel stupor en coma
- abdominaal syndroom met braken en pijn (vooral bij kinderen differentieel diagnose met
appendicitis stellen)

18
B. Metabole alkalose
H + daalt en / of HCO 3 - stijgt.
Oorzaak
Overmatig H + verlies (zonder bicarbonaat verlies)
- braken van maagsap
- hypokaliëmie met uitwisseling van Na + / H + in de nier
- overmatige inname van HCO - 3 , citraat, lactaat of acetaat
- verlies van Cl - -
en water (diuretica) met een compensatoire verhoging van HCO 3
(concentratie alkalose)
- kunstmatige ventilatie waarbij plots een overmaat aan CO 2 verwijderd wordt bij een
patiënt in gecompenseerde respiratoire acidose
Fysiopathologie
1 / 20 1 / 40
Er ontstaat een ongecompenseerde metabole alkalose, met een trage ademhaling (fishmouth
breathing), waardoor de CO 2 stijgt. Hypoxemie beperkt dit compensatiemechanisme.
Symptomen
- fishmouth breathing
- hypokalëmie door shift naar intracellulair en door uitwisseling voor Na + in de nier
- eventueel coma en epileptiforme convulsies
Behandeling
- meestal is volume correctie voldoende
- eventueel acetazolamide (Diamox ® ) dat het koolzuuranhydrase remt en bicarbonaat
regeneratie tegengaat
- eventueel toediening van argininehydrochloride of ammoniumhydrochloride

19
Addendum 1
De buffersystemen
Indien men 10 mmol HCl oplost in 1 L water bedraagt de concentratie aan H-ionen 10 -2 mol /
L, vermits elke molecule HCl ontstaan geeft aan 1 H-ion. Dit komt overeen met een pH = 2
(pH = - log H + ).
Wanneer men eenzelfde hoeveelheid sterk zuur toevoegt aan een buffer dan zal een veel
geringere pH verandering worden waargenomen. In het algemeen bestaat een buffer dan uit
een zwak zuur HA en zijn geconjugeerde base A - . De pH van dergelijke oplossing wordt
berekend volgens de formule van Henderson-Hasselbalch
pH = pK HA + log A - /HA , waarin K HA de dissociatieconstante van het zuur HA is
Wanneer aan dergelijk mengsel een sterk zuur (H + ) wordt toegevoegd, zullen de H-ionen
grotendeels reageren met de geconjugeerd base, waarbij deze in het zwakke zuur wordt
omgezet (A - + H + HA), zodat de toegevoegde H-ionen van het sterke zuur worden
gebonden en hun concentratie nauwelijks oploopt.
De voornaamste buffersystemen van het lichaam zijn de bicarbonaatbuffer, de fosfaatbuffer
en de proteïnenbuffer. Volgens het isohydrische principe fungeren deze systemen niet als
afzonderlijke entiteiten, maar zijn ze onderling in evenwicht.
1. De bicarbonaatbuffer.
Een typisch bicarbonaat buffersysteem bestaat uit een mengsel van H 2 CO 3 en NaHCO 3 .
Koolzuur is een zeer zwak zuur om 2 redenen.
De dissociatie tot H-ionen en bicarbonaat is klein. Ten tweede dissocieert 99.9 % van het
opgeloste koolzuur onmiddellijk in koolstofdioxide en water. Het netto resultaat is een hoge
concentratie aan opgeloste CO 2 en slechts een zeer lage concentratie aan zuur.

20
Wanneer een sterk zuur aan een bicarbonaatbuffer wordt toegevoegd, ontstaat de volgende
reactie :
HCl + NaHCO 3
H 2 CO 3 + NaCl
Het sterke zuur HCl is dus omgezet in het zwakke zuur H 2 CO 3 . Daardoor kan HCl de pH van
de oplossing slechts minimaal verlagen.
Wanneer een sterke base wordt toegevoegd, ontstaat volgende reactie :
NaOH + H 2 CO 3
NaHCO 3 + H 2 O
Het netto resultaat is een omzetting van een sterke base tot een zwakke base, met een beperkt
effect op de pH van de oplossing.
Er dient opgemerkt dat het intracellulaire bicarbonaat buffersysteem vooral bestaat uit
kaliumbicarbonaat en magnesiumbicarbonaat, vermits er in de cellen zeer weinig
natriumbicarbonaat aanwezig is.
De volgende stappen leiden tot de Henderson-Hasselbalch vergelijking voor de
bicarbonaatbuffer.
H 2 CO 3 H + + HCO 3
-
(H + * HCO 3 - ) / H 2 CO 3 = K, waarbij K de dissociatieconstante is
Vermits H 2 CO 3 concentraties zeer moeilijk te meten zijn, en H 2 CO 3 in equilibrium is met
opgeloste CO 2 (CO 2 = 1000 x H 2 CO 3 ), kan de bovenstaande formule herschreven worden als
[H + ] * [HCO 3 - ] / [CO 2 ] = K’
[H + ] = K’ [CO 2 ] / [HCO 3 - ]
log H + = log K’ + log ([CO 2 ] / [HCO 3 - ])

21
pH = pK’ + log ([HCO 3 - ] / [CO 2 ])
pH = 6.1 + log ([HCO 3 - ] / [CO 2 ])
Als de concentraties van HCO - 3 en CO 2 en gelijk zijn, is pH = pK’. Uit fig.6 volgt dat het
buffersysteem het meest efficiënt is als pH = pK’ (centrum van de curve). Hoe verder de pH
verwijderd is van de pK’, hoe minder efficiënt het bufferend vermogen van het systeem is.
Anderzijds is het bufferend vermogen uiteraard evenredig met de concentratie van de buffer.
Figuur 6

22
a. De bicarbonaatbuffer is maar een matig krachtige buffer vermits de pK’ waarde 6.1 is en
de pH van het extracellulaire vocht 7.4 bedraagt.
b. De concentraties van HCO 3
-
en CO2 zijn laag.
Niettemin is het bicarbonaat buffersysteem een zeer belangrijk buffersysteem, omdat op elk
-
van de elementen van het systeem ingegrepen wordt: HCO 3 wordt door de nieren en CO 2
wordt door de longen verwijderd.
2. De fosfaatbuffer.
Het werkingsmechanisme van de fosfaatbuffer is essentieel vergelijkbaar met dat van de
bicarbonaatbuffer, maar het is samengesteld uit H 2 PO - 4 en HPO 2- 4 .
Wanneer een sterk zuur aan dit buffersysteem wordt toegevoegd, ontstaat de volgende reactie:
HCl + Na 2 HPO 4
NaH 2 PO 4 + NaCl
Het netto resultaat is dat het sterke zuur HCl vervangen is door het zwakke zuur NaH 2 PO 4 ,
met een beperkt effect op de pH van de oplossing.
Toevoeging van de sterke base NaOH leidt tot volgende reactie :
NaOH + NaH 2 PO 4
Na 2 HPO 4 + H 2 O
Ook hier is een sterke base geruild voor een zwakke base met een minimale stijging van de
pH tot gevolg.
Enkele opmerkingen i.v.m. de fosfaatbuffer.
a. Het fosfaat buffersysteem heeft een pK van 6.8, wat dicht bij de normale pH van 7.4 in het
bloed en het ECV is. Het systeem is dus relatief efficiënt omdat het dicht bij zijn
maximale buffercapaciteit kan werken.

23
b. Vermits de concentratie van de fosfaatbuffer slechts een twaalfde van die van de
bicarbonaatbuffer bedraagt, is de buffercapaciteit van de fosfaatbuffer in het
extracellulaire vocht echter veel kleiner dan van het bicarbonaat systeem.
c. De fosfaatbuffer is echter van groot belang voor de werking van de nieren. Ten eerste
wordt het fosfaat normaliter geconcentreerd in de niertubuli, waardoor de buffercapaciteit
stijgt. Ten tweede wordt het vocht in de tubuli normalerwijze zuurder dan het
extracellulaire vocht, waardoor de pH dichter bij de pK van het buffersysteem komt.
d. De fosfaatbuffer is zeer belangrijk in het intracellulair milieu, omdat de concentratie hier
veel groter is dan in het extracellulair milieu. Bijkomend is de intracellulaire pH dichter
bij de pK van de fosfaatbuffer dan de extracellulaire pH.
3. Het proteïnen buffersysteem.
Door hun hoge concentratie in zowel plasma als cellen vormen proteïnen het belangrijkste
buffersysteem van het lichaam. Terwijl CO 2 zeer vlug doorheen celmembranen diffundeert,
kunnen H-ionen en HCO 3 -ionen slechts in beperkte mate diffunderen doorheen
celmembranen (een evenwicht wordt slechts na enkele uren bereikt, behalve voor rode
bloedcellen). De diffusie van de twee elementen van het bicarbonaat buffersysteem zorgt
ervoor dat de intracellulaire pH gelijklopend verandert met de extracellulaire pH, m.a.w. de
intracellulaire buffersystemen helpen het extracellulair milieu te bufferen. Door de grote
hoeveelheid intracellulaire proteïnen gebeurt ongeveer 75 % van de chemische buffering in de
cellen.
Echter, door de trage diffusie van protonen en bicarbonaationen doorheen de celmembraan
hebben intracellulaire buffersystemen uren nodig om acute zuur-base veranderingen in het
extracellulair systeem te normaliseren.
Het bufferprincipe is hetzelfde als voor de bicarbonaatbuffer. Proteïnen bestaan uit
aminozuren, waarvan er meerdere vrije zuurradicalen hebben die kunnen dissociëren in een
base en een proton. Bijkomend is de pK waarde van een aantal proteïnen buffersystemen
ongeveer 7.4, waardoor deze systemen optimaal kunnen functioneren.

24
Betekenis van het isohydrisch principe
Niettegenstaande in het bloedplasma en in de bloedcellen meerdere buffers voorkomen, is het
voldoende de bufferverhouding van één van de buffers te bepalen. Voor het bloedplasma
geldt dat alle bufferparen in evenwicht zijn met één enkele pH, zodat:
pH = pK’ H 2CO3 + log ([HCO 3-
] / sP CO 2
)
= pK Hprot + log ([Prot] / [HProt])
= pK H 2PO4 - + log [HPO 4 2- ] / [H 2 PO 4 - ]
waarbij s de oplosbaarheidsfactor van CO 2 in vloeistof is
(= 0.03 mmol/L.mm Hg bij 37 °C, s.PCO 2
= 0.03 x 40 = 1.2 mmol/L)
Indien dus de bufferverhouding van één buffer gekend is, is ook deze van de andere buffers
gekend (isohydrisch principe). Voor de rode bloedcellen geldt hetzelfde verband, en vermits
-
CO 2 en HCO 3 ionen vlot doordringen doorheen de RBC membraan, is ook de
bufferverhouding van de buffers in de RBC bepaald door deze van één van de buffers in het
bloedplasma, bijv. de bicarbonaatbuffer.

25
Addendum 2
CO 2 transport van de weefsels naar de longen
Het normale CO 2 transport van de weefsels naar de longen bedraagt 4 ml CO 2 per 100 ml
bloed. Dit gebeurt zonder belangrijke pH wijzigingen in het ECV dankzij het buffervermogen
van de bloedeiwitten, voornamelijk van hemoglobine.
Dankzij zijn grote oplosbaarheid diffundeert het metabool gevormde CO 2 snel uit de weefsels
naar het capillaire bloed. Van het totaal getransporteerde CO 2 wordt ongeveer 7 % (0.3 ml
per 100 ml bloed) in opgeloste vorm naar de longen meegevoerd.
De CO 2 die in het plasma terechtkomt reageert met (plasma)water om H 2 CO 3 te vormen.
Deze reactie is echter zeer traag. In de RBC daarentegen gebeurt deze reactie 5000 maal
sneller onder invloed van het enzym koolzuuranhydrase. De reactie in de RBC gebeurt zo
snel dat een evenwicht bereikt wordt binnen een fractie van een seconde. Daardoor kunnen
enorme hoeveelheden CO2 reageren met RBC water nog voor de RBC de capillairen hebben
verlaten. Het gevormde H 2 CO 3 dissocieert eveneens in een fractie van een seconde tot H + en
HCO - 3 . De meeste H-ionen worden gebufferd door deoxyhemoglobine en de HCO - 3 ionen
diffunderen naar het plasma en worden uitgewisseld met Cl-ionen (chloride shift). Op deze
manier wordt ongeveer 70 % van het CO 2 transport gerealiseerd.
Naast de reactie met water in de RBC reageert CO 2 ook direct met Hb, en vormt
“carbaminohemoglobine”. Theoretisch kan op deze manier 30 % van het CO 2 transport
verzorgd worden. Deze reactie is echter zoveel trager dan die van CO 2 met water, dat
aangenomen wordt dat slechts 15 – 25 % van het CO 2 transport op deze manier gebeurt (zie
fig.7).
Figuur 7