l’equilibrio acido-base biochimica fisiologica e fisiopatologia M. Tarantino effetti dell’acidemia grave (pH < 7.20) cardiovascolari alterazione della contrattilità cardiaca dilatazione arteriolare, venocostrizione, centralizzazione del volume circolante aumento della resistenza vascolare polmonare diminuzione gett. cardiaca, pressione art., flusso ematico epatico e renale sensibilizzazione alle aritmie rientranti, riduzione soglia fibrill. ventricolare attenuazione sensibilità cardiovascolare alle catecolamine respiratori iperventilazione ridotta forza muscolare respiratoria dispnea metabolici aumento delle richieste metaboliche resistenza all’insulina inibizione della glicolisi anaerobia iperpotassemia cerebrali inibizione del metabolismo e della regolazione di volume effetti dell’alcalemia grave (pH > 7.60) cardiovascolari costrizione arteriolare diminuzione del flusso coronarico riduzione della soglia anginosa predisposizione alle aritmie refrattarie ventricolari e sopraventricolari respiratori ipoventilazione, ipercapnia, ipossemia metabolici stimolazione della glicolisi anaerobia e della produzione di acidi organici ipopotassemia diminuzione del Ca++, ipomagnesemia, ipofosfatemia cerebrali vasocostrizione del circolo cerebrale tetania, letargia, stato stuporoso pH vs [H+] nEq/L 100 90 80 [H+] nEq/L 70 60 50 40 30 20 10 0 7,70 7,60 7,50 7,40 7,30 pH 7,20 7,10 7,00 produzione metabolica di H+ nelle 24 ore in condizioni fisiologiche ‘Acido Volatile’ CO2 20.000.000.000 nMoli ‘Acidi Fissi’ 1.000.000 nEq / Kg pc limiti fisiologici [H+] 36 – 44 nEq/L (pH 7.36 – 7.44) limiti [H+] compatibili con la vita 16 – 160 nEq/L (pH 6.80 – 7.80) rene e polmone nell’omeostasi acido-base grassi e carboidrati insulina insulina Proteine HCO3- feci Anioni organici ‘nuovo’ tamponi fisiologici tampone ‘bicarbonato’ CO2 / HCO3prevalentemente extracellulare; difesa verso acidi fissi tamponi ‘non bicarbonato’ difesa verso ‘acido volatile’ CO2 e verso ‘acidi fissi’ prevalentemente intracellulari emoglobina proteine proteine plasmatiche fosfati inorganici plasmatici fosfati organici intracellulari capacità o potere tampone β = ΔpH /Δ acido o base mMol/L potere tampone β - 1 U pH [HA] [A-] = 100 [HA] 1 [A-] [H+] = Ka [H+] = Ka [HA] [A-] = + 1 U pH 50 [HA] 50 [A-] = pH = pK pH = pK + log [A-] [HA] 1 100 fattori da cui dipende il potere tampone concentrazione totale della coppia tampone pH della soluzione sistema aperto o sistema chiuso potere tampone (mM / U pH) qui il potere tampone è costante Downloaded from: StudentConsult (on 19 October 2007 05:08 PM) © 2005 Elsevier acido debole o acido forte ? acidità potenziale (titolazione) acidità ‘attuale’ (pH) (misura potenziometrica) - H+ HA H+ + H+ + A- 7.40 H2CO3/HCO3acido acetacetico HA acido lattico H+ + A- ac. 3-idrossibutirrico CO2d - HCO3- HA H+ + A- HbO2 fosfati inorg. proteine, fosfati org. HHb NH3 – NH4+ 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 pH significato fisiologico della coppia CO2 / HCO3- potenziale causa di alterazione del pH del sangue CO2 H+ + HCO3- H+ da alterazioni primarie di [CO2d] o di [ HCO3-] CO2d / HCO3difesa tampone del pH del sangue H+ + HCO3- H+ da fonti diverse da CO2 / HCO3- CO2 + H2O pCO2 mmHg vs [CO2]d mmoli / L [CO2]d mmoli / L = 0.03 × pCO2 mmHg pCO2 mmHg 20 40 60 80 100 [CO2]d mM/L 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0 l’ ‘acido’ CO2 e la sua base HCO3veloce lenta CO2 + H2O H2CO3 pK 6.1 pK 3.9 H+ + HCO3- K’ 8 × 10-7 Mol/L CO2 H+ + HCO3- equazione di Bleich e Kassirer pCO2 40 nEq/L 0.03 CO2d [H+] = 24 800 H+ + HCO3- pCO2 40 mm Hg [HCO3-] 24 mEq/L plasma equilibrato con CO2 40 mmHg plasma senza CO2 OH- HCO3- 25 25 mEq/L + pCO2 40 mmHg _ pH 12.0 CO2 → H+ + HCO3↓ H2O ← H+ + OH- mEq/L + _ pH 7.40 trasporto della CO2 nel sangue plasma cellule eritrociti HCO3- CO2 CO2 CO2 a.c. H+ O2 O2 HbO2 HHb CO2 H+ + HCO3- HHb H+ + Hb Cl- tampone bicarbonato CO2 H+ + HCO3pCO2 [H+] = 24 HCO3- β max pH 5.1 pH 6.1 = pK pH 7.1 potenziamento del ‘tampone bicarbonato’ pH 7.40 polmone [H+] pCO2 CO2 / HCO3- CO2 / HCO3- [H+] = 24 [HCO3-] rene pH 5.10 6.10 7.10 capacità tampone CO2 / HCO3in condizioni di sistema aperto e di sistema chiuso 80 70 sistema aperto = 2.3 [HCO3-] d(OH-)60 = 50 d pH mM/L 40 β 55 mM sistema chiuso max= 0.58 [CO2 + HCO3-] 30 20 10 β 2.96 mM 0 6,1 6,3 6,5 6,7 6,9 pH 7,1 7,3 7,5 pH 7.40 la funzione respiratoria nel potenziamento del ‘Tampone Bicarbonato’ pH ventilazione pCO2 Il rene nella regolazione dell’equilibrio Acido-Base recupero HCO3- filtrati HCO3- + H+ CO2 eliminazione H+ ‘acidi fissi’ rigenerazione HCO3+ HCO3 CO2 AT, NH4+ H+ + HCO3 CO2 trasporto di H+ e HCO3- nel nefrone distale cellula intercalata H+-secretrice lume tubulare cellula intercalata HCO3- -secretrice Lume tubulare relazioni acqua - elettroliti - acido-base nel rene acqua e sodio tubulo prossimale: scambiatore Na+/H+; cotrasportatore Na+-HCO3- alterazioni VCE → riassorbimento HCO3- aldosterone cloro elettronegatività luminale attività cotrasportatore Na+K+2Cl- nell’ansa ascendente H+ATPasi tubulo collettore: cosecrezione Cl scambiatore Cl- / HCO3- nelle cellule intercalate non-A potassio scambio H+ / K+ ECF / ICF competitività K+ / NH4+ nel cotrasportatore Na+K+2Clscambiatore K+ / H+ nel tubulo distale Influenza del K+ sull’ammoniogenesi aldosterone fattori nella difesa fisiologica del pH del sangue difesa tampone tampone ‘bicarbonato’ (verso ‘acidi fissi’) tamponi ‘non bicarbonato’ (verso CO2 ed ‘acidi fissi’) funzione respiratoria regolazione ‘acido volatile’ CO2 funzione renale eliminazione H+ ‘acidi fissi’ recupero e rigenerazione basi tampone difesa tampone e compenso fisiologico verso l’ ‘acido volatile’ CO2 difesa tampone: tamponi non-bicarbonato (immediata) CO2 HT H+ + HCO3H+ + T- compenso: renale (giorni) acidosi: eliminazione H+ riassorbimento HCO3alcalosi: eliminazione H+ riassorbimento HCO3- difesa tampone e compenso fisiologico verso gli ‘acidi fissi’ difesa tampone (immediata) tampone bicarbonato + tamponi non-bicarbonato + HCO3- CO2 + H2O H+ + T- HT compenso respiratorio (minuti – ore) acidosi: iperventilazione alcalosi: ipoventilazione compenso renale (ore - giorni) acidosi: eliminazione H+ riassorbimento HCO3alcalosi: eliminazione H+ riassorbimento HCO3- tamponi ECF tamponi ICF compenso respiratorio compenso renale % del completamento di ciascun processo 100 50 0 2 4 6 8 10 12 ore 24 48 72 variabili indipendenti e dipendenti nella determinazione del pH SID pCO2 HCO3- H+ : OH- Kw’H2O A- Atot importanza di Kw sul pH fisiologico Kw nel sangue a 37°C = 4.4 × 10-14 Eq/L = [H+] × [OH-] pertanto a neutralità [H+] = 4.4 × 10-14 = 2.1 × 10-7 Eq/L = 210 nEq/L = pH 6.68 SID, ioni forti, H+, OH[H+] [H+] [H+] SID + _ + _ SID [H+] + _ SID [H+] relazione pH / SID nel plasma separato 8 7,5 pH 7 SID 6,5 20 30 40 50 60 70 80 mEq/L relazione Atot / pH nel plasma separato 7,7 7,6 7,5 pH 7,4 7,3 7,2 7,1 5 10 15 20 25 30 35 Atot 40 mEq/L relazione pH / PaCO2 ‘in vivo’ 8 7,8 7,6 pH 7,4 7,2 7 10 20 30 40 50 60 70 80 PaCO2 fattori di regolazione del pH del sangue SID polmone pCO2 HCO3- H+ A- Atot fegato classificazione fisiopatologica dei disordini acido-base ■ disordini di tipo respiratorio acidosi (accumulo di CO2d ) acuta cronica alcalosi (perdita di CO2d ) acuta cronica disordini di tipo metabolico acidosi aumento della produzione di acidi metabolici diminuzione dell’ eliminazione renale di acidi metabolici metabolismo di sostanze tossiche perdita di basi tampone (bicarbonato) difetto della secrezione tubulorenale di H+ alcalosi con deficit di cloro (cloro – sensibili) senza deficit di cloro (cloro – resistenti ) disordini misti additivi contrastanti acidosi respiratoria fase cronica fase acuta difesa tampone HT / T- [H+] pCO2 [HCO3-] CO2 H+ + HCO3- HT H+ + T- difesa tampone +compenso renale H+ HCO3- [H+] pCO2 [HCO3-] pH pCO2 [HCO3-] alcalosi respiratoria fase acuta difesa tampone HT / T- fase cronica difesa tampone + compenso renale H+ HCO3- [H+] pCO2 [HCO3-] CO2 H+ + HCO3- HT H+ + T- [H+] pCO2 [HCO3-] pH pCO2 [HCO3-] acidosi di tipo metabolico difesa tampone CO2/HCO3-, [H+] compenso resp compenso renale pCO2 H+ HCO3- HT/T- pCO2 [H+] [HCO3-] + HCO3- [HCO3-] CO2 + H2O H+ + T- pCO2 HT [H+] pCO2 [HCO3-] pH pCO2 HCO3- alcalosi di tipo metabolico difesa tampone compenso resp compenso renale CO2/HCO3- HT/T- pCO2 H+ HCO3- [H+] pCO2 [HCO3-] + HCO3- [H+] [HCO3-] CO2 + H2O H+ + T- pCO2 HT [H+] pCO2 [HCO3-] pH pCO2 HCO3- cause di alcalosi metabolica deficit di cloro eccesso di mineralcorticoidi / deficit di potassio iperaldosteronismo primario (m di Conn) deficienza di 11β- o 17α-idrossilasi acido glicirrizico (liquerizia) S. di Liddle iperaldosteronismo secondario S. di Bartter, di Gitelman e loro varianti condizioni ipercalcemiche perdite gastroenteriche di H+ (vomito, sondino nasogastr., enteropatia Cl-disperd.) diuretici cloruretici (tiazidici, diuretici dell’ansa) alimentazione neonatale cloro-carente fibrosi cistica (perdita di Cl- nel sudore) ipercalcemia neoplastica S. latte-alcalini altro penicilline somministrazione di bicarbonato massiva o in insuffucienza renale Ipoalbuminemia grave fattori nel mantenimento dell’alcalosi metabolica deficit K+ deficit VCE riassorbimento HCO3aldosterone riassorbimento Na+ secrezione K+, H+ potenziale elettr. tub. deficit selett. Clattività Na+K+2Clattività H+ATPasi secrez. Distale HCO3potenziale elettr. tub. acidosi intracellulare attività H+K+ATPasi riassorbimento Claldosterone ammoniogenesi potenziale elettr. tub. alcalosi ipocloremia ipopotassemia pH urine acido Cl- urine assente Disordini Acido-Base Misti additivi acidosi Metaboliche miste acidosi Metabolica + Acidosi Respiratoria alcalosi Metabolica + Alcalosi Respiratoria contrastanti acidosi Metabolica + Alcalosi Metabolica acidosi Metabolica + Alcalosi Respiratoria acidosi Respiratoria + Alcalosi Metabolica tripli disordine respiratorio + metabolico misto forme cliniche di disordini misti acidosi metabolica + acidosi respiratoria edema polmonare insufficienza respiratoria grave acidosi metabolica e deplezione di potassio alcalosi metabolica + alcalosi respiratoria condizioni critiche chirurgiche trasfusioni massicce vomito grave in gravidanza acidosi respiratoria + alcalosi metabolica insufficienza resp. cronica e diuretici grave deplezione di potassio acidosi metabolica + alcalosi metabolica terapia NaHCO3 in acidosi metabolica chetoacidosi e vomito diarrea e vomito acidosi metabolica + alcalosi respiratoria condizioni critiche mediche intossicazione da salicilati base excess BE + HCO3- CO2 + H2O acidosi metabolica BE < 0 ± 4 mEq/L H+ + T- acidosi respiratoria HT CO2 H+ + HCO3- HT H+ + T- BE = 0 ± 4 mEq/L indistribuzione vitro vivo del HCO3- neiincompartimenti idrici IN VITRO IN VIVO sangue sangue sangue CO2+H2O CO2+H2O H2CO3 + T- H2CO3 + T- HT + HCO3- HT + HCO3- interstiziale cellule CO2+H2O HCO3- H2CO3 + T- HT + HCO3- limiti fisiologici di compenso ‘in vivo’ correlazione tra entità del disordine e risposta compensatoria disordini di tipo metabolico indicatore del disordine: HCO3 indicatore del compenso: pCO2 disordini di tipo respiratorio indicatore del disordine: pCO2 indicatore del compenso: HCO3- acidosi respiratoria SID polmone pCO2 HCO3- H+ A- Atot fegato alcalosi respiratoria SID polmone pCO2 HCO3- H+ A- Atot fegato acidosi ed alcalosi da alterazioni del SID anioni forti ipercloremie aumento A- perdite enteriche Na+, K+, _ + acidosi (SID -) perdite Clgastriche renali dim. A- NaHCO3 Na citrato penicilline + _ alcalosi (SID +) Rapporto sodio/cloro nella diagnostica acido-base Variazioni proporzionate [Na+] e [Cl-] (1.4 : 1.0) disordini dell’equilibrio idrico-elettrolitico Variazioni [Cl-], ma non [Na+] disordini acido-base [Cl-] acidosi respiratoria o alcalosi metabolica [Cl-] alcalosi respiratoria o acidosi met. ipercloremica Variazioni sproporzionate [Na+] e [Cl-] disordini equilibrio idrico + disordini acido-base [Na+] [Na+] [Na+] [Na+] [Cl-] [Cl-] [Cl-] [Cl-] n deidratazione + ac resp. o alc. met. n iperidratazione + alc. resp. o ac met. ipercl. iperidratazione + ac. resp. o alc. met. deidratazione + alc. resp. o ac. met. ipercl. altri cationi AG, SIDa, SIDe, SIG altri anioni fosfati - altri cationi altri cationi altri anioni altri anioni fosfati- fosfatiK+ K+ proteine Na+ HCO3- K+ AG SIDa SIDe Na+ AG SIDa normale HCO3- proteine SIDe HCO3- Cl- proteine SIG Na+ Cl- Cl- AG-acidosi SIG-acidosi acidosi iperClSID-acidosi SIDa AG = SIDe classificazione dei disordini acido-base disordine acidosi metabolica compenso valutazione anioni residui effetto dell’albumina alcalosi metabolica compenso effetto dell’albumina acidosi respiratoria compenso alcalosi respiratoria compenso Henderson-Van Slyke Siggaard-Andersen Stewart prim HCO3- pH pCO2 1.2 mmHg / HCO3- 1 mEq/L AG agg. Albumina AG-acidosi acidosi ipercloremica non significativo prim -BE, -SBE pH PaCO2 1 mmHg / HCO3- 1 mEq/L AG agg Albumina AG-acidosi acidosi ipercloremica non significativo prim SIDe pH compenso non definito SID-acidosi (SIG = 0) SIG-acidosi SIDe<SIDa prim Atot (iperalbumin.) prim HCO3- pH pCO2 0.7 mmHg / HCO3- 1 mEq/L non significativo prim +BE +SBE pH pCO20.6 mmHg / HCO3- 1 mEq/L non significativo prim SIDa SIDe pH compenso non definito SID-alcalosi alcalosi ipoalbuminem. prim pCO2 pH HCO3- / pCO2 = prim pCO2 pH SBE / pCO2 prim pCO2 pH compenso non definito prim pCO2 pH HCO3- /pCO2 prim pCO2 pH SBE /pCO2 prim pCO2 pH compenso non definito 0.1mEq/L1mmHg (acuta) 0.3mEq/L1mmHg (cron.) 0.2 mEq/L1mmH (acuta) 0.4 mEq/L1mmHg (cron.) SBE = 0 (acuta) 0.4 mEq/L1mmHg (cron.) SBE = 0 (acuta) 0.4 mEq/L1mmHg (cron.) acidosi iperalbuminem. Adroguè HJ, Gennari FJ, Galla JH, Madias NE: Kidney Int 2009 76 1239 - 1247 variabili misurate V N medi Caso 1 Caso 2 pH PaCO2 [HCO3-] [Na+] [K+] [Cl-] [albumina] [Pi] 7.40 40 mmHg 24 mEq/L 140 mEq/L 4.0 mEq/L 104 mEq/L 4.5 g/dL 1.2 mmol/L 7.05 15 4.0 129 5.0 96 2.0 1.1 7.41 58 35 138 3.2 101 1.5 0.5 10 mEq/L 0 mEq/L 40 mEq/L 40 mEq/L 0 mEq/L 15 mEq/L 28 -25 38 11 27 7 2 11 40 40 0 5 variabili derivate AG SBE SIDa SIDe SIG Atot diagnosi A - B Henderson-V Slyke acidosi metabolica AG Siggaard-Andersen acidosi metabolica AG Stewart SIG-acidosi alcalosi ipoalbumin. alcalosi respiratoria alcalosi metabolica acidosi respiratoria alcalosi metabolica acidosi respiratoria alcalosi ipoalbumin. acidosi respiratoria Adroguè HG, Gennari FJ, Galla HJ, Madias NE – Kidney Int 76, 1239, oct 2009 Caso Clinico n 1 pH 7.15 (71) pCO2 13 mmHg HCO3- 4 mEq/L chetotest ++ Na+ 130 mEq / L Cl94 mEq / L K+ 3.7 mEq / L AG 31 mEq / L diabete mellito in scompenso Δ HCO3- = 20 mEq/L = Δ AG pCO2 attesa = 40 – (1.3 × 20 ) = 14 mmHg caso clinico n 2 pH 7.43 (37) pCO2 23 mmHg HCO3- 15 mEq / L chetotest +++ Na+ ClK+ AG 142 mEq / L 112 mEq / L 3.3 mEq / L 14 mEq / L lo stesso caso precedente dopo 48 h di trattamento correttivo Δ HCO3- 9 mEq/L > Δ AG 2 mEq/L pCO2 attesa = 40 – (1.3 × 9) = 28 mmHg effetto della funzionalità renale sulla chetoacidosi flusso adeguato flusso inadeguato sangue H+ A- AG-acidosi urina sangue H+ A- acidosi ipercloremic a urina chetocomposti e test al nitroprussiato ACIDO β-OH-BUTIRRICO ACIDO ACETACETICO • forma ossidata • prevale se ossigenaz, • nitroprussiato – pos • interf. creatinina Jaffè NADH NAD NADH NAD • forma ridotta • prevale se ipossia • nitroprussiato - neg ACETONE • nitroprussiato - pos chetotest positivo chetotest negativo caso clinico n 3 pH 7.17 (68) pCO2 17 mmHg HCO3- 6 mEq / L Na+ ClK+ AG 139 mEq / L 111 mEq / L 2.4 mEq / L 22 mEq / L F 9 a. S. di Fanconi, con RTA prox, glicosuria, fosfaturia, perdita di K+ pCO2 attesa: 40 – (1.3 × 18) = 17 mmHg caso clinico n 4 pH 7.32 (48) pCO2 28 mmHg HCO3- 14 mEq / L Na+ 145 mEq / L Cl- 85 mEq / L K+ 3.2 mEq / L AG 45 mEq / L M 40 a. Alcoolista cronico in stato di semi-incoscienza dopo giorni di assunzione di alcoolici, denutrizione, vomito da 5 giorni. ΔHCO3- = 10 mEq/L pCO2 attesa: 40 – (1.3 × 10) = 27 mmHg ΔHCO3- (10 mEq/L) < ΔAG (33 mEq/L) caso clinico n 5 pH 6.99 (103) pCO2 30 mmHg HCO3- 7 mEq / L Na+ ClK+ AG 135 mEq / L 118 mEq / L 1.4 mEq / L 10 mEq / L F 35 a. Paziente con RTA distale ricoverata d’urgenza in stato di incoscienza. Viene riferito progressivo grave indebolimento generale nelle ultime settimane. Assenza dei riflessi tendinei. ΔHCO3- = 17 mEq/L pCO2 attesa: 40 – (1.3 × 17) = 18 mmHg caso clinico n 6 pH 7.62 (24) pCO2 30 mmHg HCO3- 30 mEq / L Na+ 130 mEq / L Cl84 mEq / L K+ 2.7 mEq / L AG 16 mEq / L F 22 a. Gravida 3° trimestre. Vomito persistente da 1 settimana ΔpCO2 10 mmHg ΔHCO3- atteso: 24 – (0.5 × 10) = 19 mEq/L caso clinico n 7 pH 7.33 (47) pCO2 78 mmHg HCO3- 40 mEq / L Na+ 136 mEq / L Cl78 mEq / L K+ 3.6 mEq / L AG 15 mEq / L M 73 a. BPCO, ins. cardiaca con edemi declivi in trattamento con diuretici. pCO2 stabilizzata a 55 mmHg. Episodio febbrile con tosse espettorazione: RX: infiltrato infiammatorio base polmone dx. ΔpCO2 38 mmHg, ΔHCO3- atteso 24 + (0.4 × 38) = 39 mEq/L ac. resp. cron. pCO2 55 mmHg HCO3- atteso 24 + (0.4 × 6) = 30 mEq/L ac resp. acuta pCO2 55 78 mmHg HCO3- 30 + (0.1× 23) = 32 mEq/L alcalosi metabolica: HCO3- 32 40 mEq/L caso clinico n 8 pH 7.62 (24) pCO2 20 mmHg HCO3- 20 mEq / L Na+ 134 mEq / L Cl83 mEq / L K+ 2.5 mEq / L AG 30 mEq / L M 38 a. Linfoma in terapia. Vomito da diversi giorni. Episodio febbrile repentino con brividi, decadimento generale. Non segni polmonari. Emocoltura: sepsi da gram-negativi ac. lattica ΔAG 18 mEq/L HCO3- 24 – 18 = 6 mEq/L alc. met. HCO3- 6 20 mEq/L pCO2 40 – (1.3 × 4) = 35 mmHg alc resp pCO2 35 20 mmHg caso clinico n 9 pH 7.20 (63) pCO2 25 mmHg HCO3- 10 mEq / L Na+ 142 mEq / L Cl- 113 mEq / L K+ 3.3 mEq / L AG 19 mEq / L caso clinico n 10 pH 7.33 pCO2 30 mmHg HCO3- 15 mEq/L Na+ 136 mEq/L K+ 4.5 mEq/L Cl- 108 mEq/L P 2.0 mmol/L Lattato 6.0 mEq/L AG 13 mEq/L AGc 19 mEq/L ΔAG 13 mEq/L (6) SIDa 37 mEq/L SIDe 24 mEq/L SIG 13 mEq/L