Sav-bázis egyensúly - Általános elvek

• 2012. 12. 26.
• Előadó: Dr. Káldi Krisztina

A metabolizmus során túlnyomórészt savak keletkeznek. A homeosztázis fenntartásához szükség van pH-beállító mechanizmusokra. Ez azért fontos, mert a legtöbb fehérje (enzim, transzporter, struktúraelem), a sejtek alakja és térfogata, a sejtmembrán permeabilitása is pH-függő.

Szervek szerepe a sav-bázis egyensúly fenntartásában:

• Tüdő: CO₂ mint „illékony sav” a tüdőben
• Vese: H⁺ vagy bikarbonát kiválasztása
• Szövetek: CO₂ termelése, laktát termelése, ketoacidózis
• Vér: puffereket tartalmaz - szénsav-bikarbonát puffer, plazmafehérjék, hemoglobin mint puffer

Az egyes területeken különböző hatások okozhatják a sav-bázis egyensúly eltolódását:

• Anyagcserezavar a szövetekben
• Izommunka
• Anémia vagy májbetegségek csökkenti a vér pufferkapacitását
• Légzőszervi megbetegedések
• Magaslati levegő; hipokapnia által alkalózist okozhat
• Vesebetegségek

Az intenzív terápiában fontos az extracelluláris pH monitorozása és szabályzása. Az ehhez tartozó módszerek a gyermekbénulás gyógyításával kapcsolatban kerültek kifejlesztésre. A „vastüdőbe” helyezett betegeknél fontos volt, hogy ne „lélegeztessék túl” a beteget, mert súlyos sav-bázis zavart lehet ezzel előidézni.

Az extracelluláris pH normálértéke: pH _ec=7,35-7,45 - [H⁺]=41 nmol

Az intracelluláris pH erősen függ a szövettípustól, átlagosan 7,2. így a szervezet teljes H⁺-tartalma ~2 μmol. Az emberi test kb. 12 mol/nap szénsavat termel. Egyéb szerves savak is keletkeznek a metabolizmus során, ezek 0,1 mol/nap sebességgel keletkeznek. Az emberi test bázistermelése nem jelentős.

Az egyensúly fenntartása

1. Pufferrendszerek segítségével gyorsan korrigálódik a pH
2. Eltávolítás → pufferrendszerek helyreállítása

pH = -log[H⁺]

HA - A^- + H⁺

K_d = [H⁺][A^-]/[HA]

pK = -logK_d

Henderson-Hasselbach egyenlet: pH = pK+log[A^-]/[HA]

Minden pufferrendszer a pK-értékéhez közeli pH-tartományban működik jól. Ha a pK érték és a pillanatnyi pH megegyezik, megegyezik a protonált és deprotonált anyag koncentrációja.

• Szénsav/bikarbonát
• Protein/proteinát
• Ammónia/ammónium (inkább a vizeletben fontos)
• Foszfát (szintén vizelet)

CO₂ + H₂O - H₂CO₃ - H⁺ + HCO₃^-

CO₂ + H₂O - H⁺ + HCO₃^- pK=6,1

pH = 6,1+log[HCO₃^-]/[CO₂]

Nagy pufferoló kapacitása van, mert a tüdőn keresztül állandó értéken marad a CO₂ koncentráció. A vese hatékonyan hozzájárul a puffer másik oldalának, a bikarbonát koncentrációjának a megfelelő szinten tartásához. [CO₂]=0,03 mmol/Hgmm*P_CO2

pH = 6,1+log[HCO₃^-]/[0,03*P_CO2] pH = 6,1+log 24 mM/1,2 mM körülbelül 7,4

pH = 6,1+log[HCO₃^-]-log0,03-log P_CO2

log P_CO2 = -pH+6,1+log[HCO₃^-]-log0,03

Izobikarbonát rendszerben: logP_CO2 = -pH+konstans azaz y=-x+konstans.

Ebből következik, hogy ha a bikarbonát koncentrációját állandó értéken tartjuk, a pH és a logP_CO2 egymással egyenesen arányos, az arányosság -1. Attól függően, hogy a bikarbonátkoncentrációt hol rögzítjük, különböző izobikarbonát-vonalakat kapunk, ha ezt a két értéket egy koordinátarendszerben ábrázoljuk. Minél kisebb a bikarbonát koncentrációja, annál inkább balra tolódik ez a vonal.

A fiziológiás bikarbonátoldat azonban nem izobikarbonát rendszer. Viszont a CO₂ parciális nyomását a fiziológiás határok között változtatva is elhanyagolható mértékben változtatja csak meg a bikarbonátkoncentrációt, ezért mégis izobikarbonát rendszernek tekinthető. Az egyetlen ilyen testfolyadékunk a liquor cerebrospinalis, mert itt ez az egyetlen puffer.

A vér összetett pufferrendszer, amiben a szénsav-bikarbonát pufferrendszeren kívük a fehérjepufferek is nagy jelentőséggel bírnak. A vörösvérsejtekben szénsavanhidráz enzim működik, ami a szénsav kialakulását segíti CO₂-ből. A kialakult szénsav protonját rögtön a vörösvértest fehérjéi veszik át. A teljes puffermennyiség 44-49 mEquival/l. (Az ekvivalens mennyiség azt jelenti, hogy hány mol bikarbonátnak felel meg a pufferkapacitás.)

A vörösvértestekbe bediffundáló CO₂ rögtön szénsavvá alakul a karboanhidráz enzim segítségével. Ezután a protonját átveszi a hemoglobin, ami sok bázikus hisztidin oldalláncot tartalmaz. Így a szénsav fogy, ami serkenti a többi CO₂ átalakulását. A bikarbonát kikerül a sejtből, és a vérplazma bikarbonát-koncentrációját emeli. A rendszer működését biztosítja az, hogy a hemoglobin erősebben köti a protont, mint a szénsav. A szénsav-bikarbonát rendszer nem elég a vérplazma pH-jának fiziológiás értéken tartásához. A hemoglobin puffer segít a pH~log(P_CO2) egyenes meredekségének emelésével, így egy adott CO₂ parciális nyomásváltozáshoz kisebb pH-változás tartozik. Ugyanakkor a bikarbonát-koncentráció jobban nő a karboanhidráz aktivitása miatt, ezért ez a rendszer nem közelíthető az izobikarbonát rendszerrel.

A megnövekedett H⁺ koncentráció protonálja a bikarbonátot, ami szénsavvá alakul. A szénsav bomlik CO₂-re, a bikarbonát koncentrációja lecsökken. Viszont az összetett pufferrendszerben a protonokat átveszik a fehérjék, így kevesebb bikarbonát fogy és kisebb lesz a pH-változás. A vér pufferkapacitásának összetétele függ a P_CO2-től. Nagyobb CO₂ parciális nyomásnál megnő a bikarbonát mennyisége, így a jelentősége is. Az oxigenált hemoglobin pufferkapacitása kisebb, ezért ez is befolyásolja az összetételt és az eredő pufferkapacitást. A bikarbonátkoncentráció változása a pufferegyenest párhuzamosan tolja el, míg a fehérjekoncentráció változása az egyenes meredekségét befolyásolja.

A bázistöbblet azon erős savnak a mennyisége, amelyet 1l vérhez adva 7,4 pH-t érünk el 40 mmHg pCO₂-nél és 100%-os O₂ telítettség esetén.