Návod do cvičení
Diagnostika poruch acidobazické rovnováhy Úvod Stálost tzv. vnitřního prostředí je nezbytnou podmínkou života vyšších organismů. Důležitá je zejména hodnota pH. Na hodnotě pH závisí mimo jiné molekulární podoba bílkovin a tím normální struktura jednotlivých součástí buňky, na normální pH je vázána optimální účinnost enzymů, propustnost membrán a další, nedostatek protonů představuje vážný energetický problém. Vážný problém představuje i nadbytek protonů (nízké pH). Při větších odchylkách pH od normy dochází k poruchám metabolismu, případně až k zániku organismu. Vzhledem k tomu, že během metabolismu se uvolňuje velké množství protonů, musí organismus disponovat mechanismy, které budou udržovat rychlost eliminace „protonů“ rovnou jejich produkci a pufrovat „protony“ tak, že jejich koncentrace se bude udržovat ve fyziologicky přijatelných mezích. Referenční rozmezí pro pH krve je v intervalu 7,36 – 7,44. Hodnoty pod pH 6,8 a nad pH 7,8 jsou neslučitelné se životem. Udržení pH vnitřního prostředí (především krve) v úzkém rozmezí je tedy pro organismus prvořadou záležitostí a pro tento úkol může organismus využít nárazníkové systémy krve (pufry), činnost plic, ledvin a dalších orgánů. Faktory, které mohou ovlivnit pH krve (plazmy a erytrocytů): Trend
Faktor
Zdroj
Zvyšuje se koncentrace iontů H+ v krvi Snižuje se koncentrace iontů H+ v krvi
z metabolické činnosti vznikají kyselina chlorovodíková, sírová, mléčná, oxokyseliny… vylučováním H+ ledvinami nebo ztrátami H+ při zvracení z bazických solí slabých kyselin při převážně rostlinné potravě (vegetariánství) změnou produkce oxidu uhličitého při metabolických dějích, změnou dýchání; při poklesu koncentrace oxidu uhličitého stoupá pH ( CO2 pH) a obráceně ( CO2 pH) vylučováním hydrogenuhličitanu ledvinami nebo jeho ztrátami při průjmech; vzestup jeho koncentrace má za následek zvýšení pH ( HCO3- pH), naopak pokles koncentrace vede ke snížení pH ( HCO3- pH)
Jsou dodávány ionty OHMění se koncentrace oxidu uhličitého [CO2]
Mění se koncentrace hydrogenuhličitanu [HCO3-]
Pufry krve Přehled nejdůležitějších pufrů krve je uveden v tabulce: Systém Erytrocyty Plazma Krev Kyselina uhličitá/hydrogenuhličitan 18% 35% 53% Hemoglobin/oxyhemoglobin 35% 35% Bílkoviny 7% 7% Organické fosforečnany 3% 3% Hydrogenfosforečnan/dihydrogenfosforečnan 1% 1% 2% Součet 57% 43% 100% Poznámka: „hydrogenuhličitan“ = „hydrogenkarbonát“ = „bikarbonát“ = [HCO3-] Pufrující systém
Hydrogenuhličitanový pufr a jeho vlastnosti: CO2 (g) ↔ CO2 (aq) + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3V organizmu reakci katalyzuje enzym karbonátdehydratáza. Tento systém je otevřený, což znamená, že koncentrace členů na levé i pravé straně rovnice se může měnit (na rozdíl od uzavřeného systému nezůstává součet konjugované báze a kyseliny po proběhnuté pufrovací reakci konstantní): plynný oxid uhličitý může být vydýchán plícemi (spolu s vodní parou), hydrogenuhličitany mohou být vyloučeny ledvinami a jejich koncentrace závisí na metabolizmu (játra), rovněž „protony“ mohou být vyloučeny ledvinami. Představuje tedy levá strana rovnice část respirační a pravá strana rovnice představuje část metabolickou Neuhličitanové pufry (NBP), dříve „NeBikarbonátové Pufry“: NBP jsou lokalizovány převážně intracelulárně. Uplatňují se v uzavřeném systému, tj. jejich celková koncentrace [NBP-báze] + [NBP-kyselina] zůstává i po pufrovací reakci konstantní. Značně se ovšem mění s koncentrací hemoglobinu, který tvoří nejvýznamnější systém NBP: HbH ↔ Hb- + H+ HbO2H ↔ HbO2- + H+ Ve dvojici hemoglobin/oxyhemoglobin je silnější kyselinou oxyhemoglobin, to znamená, že snáze uvolňuje proton. Při oxygenaci v plicích se uvolňují ionty H+ a částečně vyrovnávají vzestup pH který zde nastává následkem vydýchání CO2. Ostatními NBP jsou bílkoviny, které díky amfolytickým vlastnostem aminokyselin mají pufrační schopnosti a hydrogenfosforečnanový pufr. NBP doplňují hydrogenuhličitanový systém při metabolických poruchách, při respiračních poruchách jsou jedinými efektivními pufry. Parametry ABR Parametry acidobazické rovnováhy (ABR) jsou měřené veličiny: pH anaerobně odebrané krve a Pco2 parciální tlak oxidu uhličitého v této krvi, a vypočítávané parametry (přístrojem nebo odečítané z nomogramu): SB standardní hydrogenuhličitany (bikarbonáty), AB aktuální hydrogenuhličitany (bikarbonáty), BB koncentrace nárazníkových bazí v krvi (blood buffer base concentration), BE přebytek či nedostatek bazí (base excess).
Poruchy ABR Poruchy acidobazické rovnováhy se odvozují od změn hydrogenuhličitanového pufrovacího systému. Mohou to být změny v koncentraci hydrogenuhličitanových bazí vyvolávající metabolické poruchy ABR (ovlivněna je metabolická část Henderson-Haselbalchovy rovnice; příčiny tkví v metabolismu) nebo změny parciálního tlaku oxidu uhličitého vedoucí k respiračním poruchám (ovlivněna je respirační část Henderson-Haselbalchovy rovnice; příčiny jsou v dýchání). Rozeznáváme tzv. acidózu = nahromadění kyselých metabolitů nebo ztráta alkalických metabolitů a alkalóza = nahromadění alkalických metabolitů nebo ztráta kyselých metabolitů (ztráta kyselých metabolitů je častější případ) Čtyři jednoduché poruchy ABR: Typ poruchy 1
metabolická
2 3 4
respirační
Báze, Pco2
pH
acidóza
nedostatek bazí (BE < 0)
pH (pH <7,40)
alkalóza
přebytek bazí (BE > 0)
pH (pH >7,40)
acidóza
Pco2 >5,3 kPa
pH (pH <7,40)
alkalóza
Pco2 <5,3 kPa
pH (pH >7,40)
Kombinací dvou nebo více jednoduchých poruch ABR vznikají kombinované či smíšené poruchy ABR. Podle délky trvání se rozeznávají poruchy ABR akutní a kompenzované.
Příčiny poruch acidobazické rovnováhy Metabolická acidóza (↓pH,↓HCO3-,↓BE) • Neschopnost ledvin vylučovat normálně vytvářené množství iontů H+ • Zvýšený příjem H+ • Neúplné odbourávání tuků: acidóza způsobená kyselinou γ-hydroxymáselnou nebo acetoctovou (diabetes mellitus, hladovění) • Anaerobní glykolýza na kyselinu mléčnou (nedostatek kyslíku ve tkáních, např. při sportovních výkonech anaerobního typu – běh na 400 m apod. aj.) • Zvýšená produkce kyseliny solné a sírové v metabolismu (vysoký příjem bílkovin) • Ztráta hydrogenuhličitanů ledvinami (renální tubulární acidóza, příjem inhibitorů CA = karbonátdehydratázy) a při průjmech Metabolická alkalóza (↑pH,↑HCO3-,↑BE) • Dodání bází (infúze hydrogenuhličitanů) • Zvýšené metabolizování organických aniontů (laktát, citrát) • Ztráta H+ zvracením nebo při nedostatku K+
Respirační acidóza (↓pH,↑HCO3-, prakticky nezměněno BE) (vydýchávání relativně malého množství CO2 zvyšuje Pco2 v plazmě) • Úbytek funkce schopné plicní tkáně (TBC) • Nedostatečná ventilace (dětská obrna, otrava uspávacími prostředky aj.) • Omezení pohyblivosti hrudníku (deformace páteře) Respirační alkalóza (↑pH,↓HCO3-, prakticky nezměněno BE) (větší vydýchávání CO2 než ho vzniká, působí pokles Pco2 v plazmě) • Hyperventilace z psychických příčin • Hyperventilace ve větších výškách (dýchání při nedostatku kyslíku) Kyslík Kyslík v organismu slouží především k oxidaci protonů v dýchacím řetězci, kde je konečným produktem voda a energie ve formě ATP. Aby jednotlivé buňky mohly kyslík využít, je třeba, aby byl řádně vychytáván v plicích, transportován krví a uvolňován do tkání. Vychytávání kyslíku v plicích lze posoudit podle hodnoty Po2 a některých dalších ukazatelů. Transport kyslíku je vyjádřen hodnotami hemoglobinu a jeho derivátů, především saturací Hb kyslíkem. Uvolňování kyslíku do tkání charakterizuje hodnota P50, což je parciální tlak kyslíku (Po2) při níž saturace hemoglobinu je 50 %. Přístroje na stanovení parametrů acidobazické rovnováhy umožňují stanovit i parciální tlak kyslíku Po2 současně s parametry ABR. Parciální tlak kyslíku a vypočtené odvozené parametry (například saturace hemoglobinu kyslíkem) mezi parametry ABR nepatří, ale úzce s nimi souvisí (např. porucha výměny oxidu uhličitého je často předcházena poruchou výměny kyslíku).
Úkol Stanovte hodnoty pH, pCO2 a pO2 ve vzorcích krve. Diskutujte jejich klinický význam.
Pracovní postup 1. Materiál pro stanovení hodnot pH, pCO2 a pO2 se nejčastěji zpracovává pomocí automatických analyzátorů. 2. Aktuální pH se stanoví elektrochemicky, miniaturizovanou skleněnou elektrodou, podle návodu uvedeného na přístroji. Skleněnou elektrodu je nutné nakalibrovat před vlastním měřením! 3. Parciální tlak oxidu uhličitého (pCO2) se stanovuje elektrochemicky Severinghausovou elektrodou. Jde rovněž o skleněnou elektrodu, je však obalena vrstvičkou vody a oddělena od vzorku membránou prostupnou pro plyny. CO2 ze vzorku difunduje přes semipermeabilní membránu do destilované vody, pH výsledného roztoku závisí na pCO2. Automatický analyzátor vyhodnocuje přímo parciální tlak oxidu uhličitého. Elektrodu je opět nutné nakalibrovat před vlastním měřením!
4. Parciální tlak kyslíku se měří elektrochemicky kyslíkovou elektrodou, resp. čidlem na bázi kyslíkové elektrody. Elektrodu je nutné kondicionovat předepsaným postupem (viz návod u analyzátoru)!
Otázky 1. Popište podstatu acidobazické rovnováhy v organismu. 2. Popište, jak může dojít ke vzniku alkalózy a acidózy. 3. Popište princip měření pH a pCO2.
