Estudi de lEquilibri cid-baseUnitat didctica 3

0.Introducci i generalitats

Introducci i Generalitats Dins el concepte d'homestasi, lequilibri cid-

bsic ha esdevingut primordial per el bon funcionament de tots els sistemes. En la monitoritzaci daquest equilibri s bsic l' utilitzaci de les mesures de pH.

0.1 concepte general dcid i base El concepte dcid i base va ser proposat per

Arrhenius per presentava la limitaci de noms funcionar en dissolucions aquoses. En disolucin cido es toda sustancia capaz de

dejar en libertad iones hidrgeno. Base es toda sustancia capaz de dejar en libertad iones hidroxido. http://fisicayquimicaenflash.es/reaccion/acido_base0.ht

m Posteriorment Brnsted i Lowry ( B_L) van proposar

un concepte ms ampli dcid i base.

cid: qualsevol substncia que pugui donar un prot a

una altre (donador de protons) Base: qualsevol substncia que pugui acceptar protons duna altre (acceptor de protons)

Segons B_L un cid i una base que poden

transformar-se entre s per la prdua o guany dun prot sanomenen parell conjugat cid-base En la segent reacci de clorur dhidrogen amb laigua segons B_L, lHCl seria un cid que cediria un prot a laigua que es comportaria com una base. HCl+H2O

Cl- +H3O+

Al 1923 Lewis proposa una altre definici per cids i

bases: cid: acceptor dun parell electrnic Base: donador dun parell electrnic Una reacci cid base seria per Lewis, aquella en que la

base compartiria un parell delectrons amb lcid ( la transferncia dun prot de B_L seria noms un cas particular) La definici de Lewis va revolucionar la qumica orgnica, augmentant el nombre dcids, com per exemple els ions positius Ca2+ per exemple seria un cid.

0.2 Fora inica dcids i bases En fisiologia humana laigua desenvolupa un

paper molt important en les reaccions cid-base. A la prctica per la parella conjugada que acompanya a cada reacci daquest tipus i que correspon a la dissociaci de laigua no es te amb compte amb les equacions. La fora relativa dels cids i les bases pot

valorar-se experimentalment a partir de la reacci qumica amb laigua per formar ions HA+H2O

A- +H3O+

D'aqu se'n deriven els clculs de les Ka i les Kb

que donen una referncia de fortalesa de lcid o de

cids dbils forts

cids

Acidesa Basicitat

CH4 < NH3 < H2O < NH44+ < H2S < HF CH3- > NH2- > OH > NH3 > HS- > FBases fortes Bases dbils

0.3 Concepte de pH La concentraci dions H+ sanomena pH Es defineix com ph=log 1/[H+]=-log[H+]

La concentraci d'H+ lliures en la sang es pot expressar

en diferents formes i varia habitualment entre 44 i 36 milions d'ions per litre. En condicions normals existeix una contnua producci i eliminaci d'cids i bases, que est balancejada de tal manera que es mant un equilibri i el pH en sang es mant gaireb constant. L'cid quantitativament ms important en l'organisme s l'cid carbnic, format per la hidrataci del CO2.Com el CO2 s eliminat pel pulm, l'cid carbnic es qualifica com a "voltil". Tamb s important l'cid lctic generat en condicions normals principalment pels msculs i el fetge que seleva en condicions d'augment del metabolisme anaerobi com a exercici important o xoc. El metabolisme de protenes i aminocids genera cid fosfric, clorhdric i sulfric, que no es poden eliminar pel pulm ("cids fixos"), per s pels ronyons. En condicions

En condicions normals, la producci i eliminaci

d'hidrogenions est molt equilibrada, de manera que el pH es mant gaireb constant. Encara que la producci d'H+ augmenti marcadament, com succeeix en l'exercici, l'organisme aconsegueix mantenir una concentraci d'hidrogenions relativament estable grcies a l'existncia de mecanismes tampons i a l'acci reguladora de l'aparell respiratori i del rony. El plasma sanguini normal te un pH al voltant del 7.4, que seria pel costat alcal de la neutralitat i per exemple un pH sanguini de 6.6 representaria una acidosis greu en relaci als lmits normals.

0.4 Sistemes amortidors Els sistemes amortidors o tamp son una mescla dun cid

i la seva base conjugada amb una funci de resistir als canvis de pH que es podrien produir amb laparici de petites quantitats dcids i bases fortes Sn solucions que contenen una barreja de substncies qumiques que limiten les variacions del pH , produdes en agregar-se un cid o una base. Generalment estan formades per la combinaci d'un cid feble i una sal del mateix. Els tampons presents en els diferents lquids biolgics son normalment cids dbils (carbnic, fosfric, lctic, ctric..) i les seves bases conjugades Hi ha altres electrlits, calci, magnesi, clor i sodi que tot i no ser tampons fan una funci davant canvis primaris de lequilibri cid-base. En clnica son molt importants els sistemes tamp de: El plasma Els hematies

Un dels tampons ms importants de l'organisme s la barreja d'cid

carbnic H2CO3 i bicarbonat de sodi NaHCO3. Suposem que agreguem un cid fort, per exemple HCl, a aquesta soluci tamp:HCl + Na HCO3 Na+ + H++ Cl - + HCO3NaCl + H2CO3

En aquesta equaci simplificada es pot observar que l'cid clorhdric es

consumeix, formant-se clorur de sodi i cid carbnic. Aix es deu al fet que es produeix una competncia pels hidrogenions entre la base feble Cl i la forta HCO3- , amb el resultat net que l'cid fort HCl s'ha transformat en un feble H2CO3 . Per tant, el gran augment d'hidrogenions lliures que hagus de produir l'cid fort es redueix . Aquest sistema tamp s el ms efica en l'organisme H2CO3 H2O + CO2 El CO2 s eliminat rpidament a travs de la ventilaci . Amb aix la reacci segueix funcionant cap a la dreta amb major consum

d'HCl o de qualsevol altre cid. El tamp H2CO3 / Na HCO3, no s l'nic de l'organisme, per com

s'equilibra gaireb instantniament i el mesurament del qual s relativament fcil.

Estudi de lEquilibri cid-baseUnitat didctica 3

1.Equilibri cid-base

1 Equilibri cid-base s uns situaci dequilibri, basada en el balan

entre substncies de carcter cid i de carcter bsic de la sang, com a conseqncia de la interacci entre els sistemes respiratoris i metablics. Valors normals : Sang arterial: 7.35-7.45 Sang venosa: 7.31-7.41

Les alteracions trobades en lequilibri cid-base

poden ser de dos tipus Respiratries: en les que la concentraci de dixid

de carboni o cid carbnic H2CO3 canvien. Metabliques: lalteraci fonamental te lloc en lalteraci del bicarbonat (HCO3-)

1.1 rol de laparell respiratori L'aparell

respiratori disposa de sensors extremadament sensibles a les variacions de pH. La seva estimulaci per un augment de la concentraci d'hidrogenions, com ocorre per la producci d'cid lctic en l'exercici, determina un increment de la ventilaci que elimina una major quantitat de CO2, la qual cosa tendeix a mantenir constant el pH. Al revs, una caiguda de la concentraci d'hidrogenions deixa d'estimular la ventilaci. El valus d'aquest mecanisme en la seva rapidesa , per s limitat perqu la ventilaci t tamb altres exigncies que complir.

1.2 rol del rony El rony participa en la regulaci de l'equilibri cid bsic per dos

mecanismes principals. s capa de regular la quantitat de bicarbonat urinari, ja que pot

excretar els excessos d'aquest i o reabsorbir el bicarbonat filtrat. s capa d'excretar hidrogenions en la forma d'H3PO4 o de NH4+. Durant aquest procs es genera nou bicarbonat, la qual cosa fa possible el reemplaament d'aquell que es va consumir al tamponar els cids fixos. L'acidmia

tendeix a augmentar l'excreci urinria d'hidrogenions i la retenci de bicarbonat L'alcalmia t els efectes contraris. Aquestes funcions compensatries sn lentes, tarden entre 12 i 72 hores a aconseguir la seva mxima eficincia. Per tant, el rony participa en el manteniment de l'equilibri cidbsic a llarg termini. Aquesta excreci variable d'cids o bases pot modificar el pH de l'orina fent-ho oscillar entre 4.6 i 8. En situacions normals l'orina t un pH de 6, ja que elimina de 50 a 100 milimols (mmol) ms d'cids que de bases.

L'acidificaci de l'orina : a) Recuperaci de bicarbonat sdic i conservaci de bases. Aquest mecanisme respon a

la producci d'cid carbnic a l'interior de les cllules tubulars i a la seva posterior dissociaci en H+ i en bicarbonat. Els ions H+ sn bombats fora de la cllula i intercanviats per ions Na+. D'aquesta forma es recupera bicarbonat sdic, que al reabsorbir-se en la sang eleva el pH sanguini .

b) Excreci d'amonac. A

partir de la secreci d'aminocids amb grups NH2 des de la sang a les cllules tubulars es forma amonac (NH3) per addici d'H+. Aquest s secretat a la llum del tbul, i pot combinar-se amb ions Cl- i captar un H+ per formar clorur amnic (NH4Cl), que s eliminat per l'orina. Per la seva banda, el Na+ penetra en la cllula tubular i es forma bicarbonat sdic a partir

L'alcalinitzaci de l'orina dna com resultat

l'eliminaci de bases i la recuperaci d'hidrogenions, amb el consegent descens del pH en la sang. Per a aix el rony pot recrrer a dos mecanismes: a) Recuperaci d'H+ a partir de la prdua de K +, ja

que aquests ions comparteixen els mecanismes de secreci en els tbuls distals. Si ambds entren en competncia, llavors disminueix la taxa d'eliminaci d'hidrogenions i s'evita la reabsorci de bicarbonats. Com a conseqncia d'aix, l'orina s'alcalinitza i el pH sanguini s'acidifica. b) Eliminaci de bases. Per a aix els bicarbonats i

les sals de fosfats que han estat filtrats pel glomrul s'eliminen per l'orina sense ser reabsorbits.

Per tots aquests mecanismes el rony s el ms

efica regulador del pH de la sang. El seu avantatge sobre els amortidors i el sistema respiratori s que pot eliminar una major quantitat de substncies cides i, si s necessari, tamb pot eliminar substncies bsiques. Aquest mecanisme regulador s molt flexible, ja que al llarg del dia poden variar la quantitat de productes metablics residuals, segons els aliments ingerits, la quantitat d'energia consumida o els esforos realitzats. Per contra, el seu desavantatge s que actua de forma contnua per lenta, per la qual cosa la regulaci del pH requereix la intervenci dels altres sistemes quan es produeixen desequilibris bruscs i importants en la sang.

1.3 Alteracions en lequilibri cid-base La majoria de mtodes que sutilitzen per

determinar un desequilibri estan basats en lequaci de Henderson-Hasselbalch.

Concretament en el cas de lcid carbnic de la

sang la reacci que te lloc en el plasma relaciona amb la segent equaci [ H2O ]+[ CO2]

H+]

[H2CO3 ]

[ HCO3-]+ [

Amb tres magnituds: el pH

La concentraci molar d'cid carbnic La concentraci molar de bicarbonat

Aplicant H-H : pH=pK+log [bicarbonat]/[cid

1.4 Sistemes Tamp ms importants de lorganisme Lquids intracellulars. les protenes, els

fosfats actuen tamponant les reaccions qumiques. http://www.nottingham.ac.

uk/nmp/sonet/rlos/placs/b uffers/

Plasma Tamp bicarbonat-cid carbnic (35%) H2CO3/

HCO3 Equilibri establert: [ H2O ]+[ CO2] [H2CO3 ] [ HCO3]+ [ H+] Amb cids: HCO3-+H+ H2CO3 Amb bases: [H2CO3 ] + OH HCO3-+H2O s el tamp ms important del plasma: Es troba en una elevada concentraci Pot ser eliminat o retingut fcilment o Per un mecanisme de compensaci renal o Per un mecanisme amortidor respiratori. Eliminant o retinguent el bicarbonat en forma de CO2

Plasma Tamp fosfat (5%) H2PO4- / HPO42 Te una escassa importncia com a sistema amortidor Actua bsicament mantenint el pH durant el procs d'excreci urinria de substncies cides. Equilibris establerts Amb cids: HPO42- +H+ H2PO4 Amb bases: H2PO4- + OHHPO42- + H2O Protenes Plasmtiques (7%) Poca importncia com a tamp La seva capacitat amortidora deriva de la presencia de grups amino o carboxil lliures per acceptar els hidrogenions, que dependr del pH del medi. Equilibri establert: H2CO3 +protena H-protena+ HCO3-

Eritrcits Tamp hemoglobina (35%) s el segon tamp en importncia degut a que es troba a una elevada concentraci Cada molcula dHb pot captar una important quantitat dhidrogenions Aquest tamp actua fonamentalment sobre lcid carbnic, produt duran els processos metablics Equilibri establert Hb-O2+ H2CO3 HHb+O2+ HCO3 Tamp bicarbonat/cid carbnic (18%)

1.5 Conseqncies del desequilibri cid-bsic Els hidrogenions que, com a conseqncia de un

determinat procs orgnic puguin ser alliberats, son temporalment tamponats amb els sistemes amortidors. Quan la quantitat dH+ per neutralitzar s excessiva es produeixen desequilibris c-bas, tant per excs com per defecte. Acidosi: excs dhidrogenions en sang per sobre de

44nmols/L Alcalosi: dficit dhidrogenions en sang per sota els 35nmols/L Segons el tipus de desequilibri que shagi generat aquestes alcalosi o acidosi poden ser de tipus respiratori o de tipus metablic.

TRASTORNS CID-BSIC Els trastorns cid-bsic metablics sn els que produeixen directament un canvi en la concentraci d'ions hidrogen en el plasma. Alguns exemples sn diabetis mellitus, en la qual el metabolisme intermediari alterat en absncia d'insulina produeix una acumulaci de ions hidrogen la prdua d'hidrogencarbonat del lquid extracellular, per exemple, per una fstula duodenal.

Els trastorns cid-bsic respiratoris afecten

directament la pressi parcial de dixid de carboni. La funci respiratria alterada causa una acumulaci de dixid de carboni en sang, mentre que, amb menys freqncia, la hiperventilaci pot produir una disminuci de la pressi arterial de dixid de carboni.

Compensaci Quan la funci pulmonar est afectada, el cos intenta

augmentar l'excreci de ion hidrogen per via renal. Aix es coneix com a compensaci renal d'un trastorn respiratori primari. La compensaci renal produeix efecte de forma lenta. Quan hi ha trastorns metablics, els pulmons poden compensar en part. Aix es coneix com a compensaci respiratria d'un trastorn metablic primari. La compensaci respiratria produeix efecte de forma rpida. Si la compensaci s completa, el pH del plasma torna a estar dins del interval de referncia, encara que la pressi arterial del dixid de carboni i la concentraci d'hidrogencarbonat en el plasma romanguin francament alterades. Es diu que el

Terminologia Acidosis metablica. El trastorn primari s una

disminuci de la concentraci d'hidrogencarbonat en el plasma. Alcalosis metablica. El trastorn primari s un augment de la concentraci d'hidrogencarbonat en el plasma. Acidosis respiratria. El trastorn primari s un augment de la pressi parcial de dixid de carboni en el gas de la sang. Alcalosis respiratria. El trastorn primari s una disminuci de la pressi parcial de dixid de carboni en el gas sagni. Acidemia i alcalemia es refereixen simplement al

En resum La valoraci de l'equilibri cid-bsic es realitza amb el

mesurament de pH, [HC03-] i pC02 els components del sistema de tamp de d'hidrogencarbonat en plasma. Afegir ions hidrogen, retirar hidrogencarbonat o augmentar la pC02 tindran el mateix efecte, una disminuci en el pH del plasma. Retirar ion s hidrogen, afegir bicarbonat o disminuir la pC02 causaran que el pH del plasma augmenti. Els problemes primaris amb la producci o l'excreci de ions hidrogen es reflecteixen en la [HC03-] i es denominen trastorns metablics de l'equilibri cid-bsic. Els problemes primaris amb l'excreci de CO2 es reflecteixen en la pC02; i es denominen trastorns respiratoris de l'equilibri cid-bsic. El cos t mecanismes fisiolgics que intenten tornar el pH del plasma al seu interval de referncia. Aquests processos es diuen compensaci. El pH del plasma observat en qualsevol trastorn cid-bsic reflecteix l'equilibri entre l'alteraci primria i la quantitat de

1.6 Classificaci alteracions cid-bsic Acidosi Metablica Carncia primria de bicarbonat com una conseqncia

duna retenci o producci excessiva dun cid ms fort que lcid carbnic Canvis secundaris: El bicarbonat baixa en plasma perqu es combina amb H+ Lcid carbnic augmenta Excreci renal de H+ augmentada ( compensaci renal) Augmenta lacidesa de lorina.

Causes: Malaltia renal: ions hidrogen retinguts Cetoacidosi diabtica Acidosi lctica per anxia tissular ( insuficincia respiratria o aturada cardaca) Enverinament. Tractament Hiperventilaci Restabliment del tamp natural Augment de leliminaci de lcid per la orina

Alcalosi Metablica Excs primari de bicarbonat Canvis secundaris: Nivells elevats de bicarbonat, cid carbnic, Pp CO2 i pH Eliminaci renal de bicarbonat alta pH de la orina elevat Causes: Hiperaldosteronisme primari Sndrome de Cushing Prdues de lquids, drenatges. Ingesta excessiva de bases ( bicarbonats dels anticids) Tractament Funcionament adequat del tamp bicarbonat Hipoventilaci Compensaci renal ( baixa reabsorci de bicarbonat)

Acidosi Respiratria Retenci primria de CO2 a nivell pulmonar Canvis secundaris Augment de la P CO2 Augment de lcid carbnic a nivell plasmtic Baixa el pH de la sang Nivell elevats de pH en orina Causes: Obstrucci de les vies respiratries ( secreci bronquial, cossos estranys) Estimulaci negativa del centre respiratori (hipxia, barbitrics anestsics) Dficit de circulaci de CO2 (malaltia cardaca, respirar en atmosferes amb baixes concentracions de CO2 ) Distribuci irregular de laire respirat per malaltia pulmonar ( emfisema, fibrosi, broncopneumnia) Tractament Restabliment del tamp protenes hemoglobina Hiperventilaci Compensaci renal ( a les 24/48h i amb un pic als 3-4 dies)

Alcalosi Respiratria Deficincia primria de CO2 Canvis secundaris Prdua de bicarbonat del plasma que passa als hematies Prdua de bicarbonat en la orina Baixa Pp de CO2 Valor elevat de pH en el plasma Causes Estimulaci del CR (febre o angoixa) Hipxia ( asma, edema, pulmonia) Embars Exercici Intens Ventilaci mecnica excessiva Infecci per gram Tractament Compensaci a nivell renal

Estudi de lEquilibri cid-baseUnitat didctica 3

2.Valoraci clnica de lEquilibri cidbase

2.1 [H+] Els v aparells de mesura actuals de pH requerixen

quantitats molt petites de sang (>100microL), per la qual cosa la sang capillar s adequada en persones normals Quan la circulaci perifrica de sang s escassa, cal recrrer a sang arterial. Aspectes tcnics a considerar: Utilitzar lheparina com anticoagulant Realitzar lextracci evitant les bombolles Evitar que sescapin gasos de lextracci doblant o

segellant lagulla Enviar rpidament la mostra a anlitzar. Evitant laugment de temperatura. ( A 4C no hi ha canvis en la concentraci de protons, a 38 graus laugment s de 10 nmols/hora) Valors de referncia Acidosis