Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav morfologie, fyziologie a genetiky zvířat
Ukazatele acidobazické rovnováhy krve jalovic v průběhu výkrmu Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracovala:
Ing. Aleš Pavlík, Ph. D.
Barbora Maděryčová Brno 2007
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Ukazatele acidobazické rovnováhy krve jalovic v průběhu výkrmu vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………………… podpis …………..…………………
Touto
cestou
bych
chtěla
poděkovat
vedoucímu
bakalářské
práce
Ing. Aleši Pavlíkovi Ph.D. za odborné vedení a cenné připomínky při zpracování této práce.
ABSTRAKT Tato bakalářská práce je zaměřená na vypracování souhrnu informací o jednotlivých ukazatelích, pomocí kterých je možné posoudit acidobazickou rovnováhu krve hospodářských zvířat a vypracování metodiky sledování těchto parametrů v průběhu výkrmu skotu. Mezi nejdůležitější sledované ukazatele patří pH, parciální tlak CO2 , parciální tlak O2,
standardní bikarbonát a base excess (přebytek
titrovatelných bazí). Poruchy acidobazické homeostázy organismu označujeme jako acidózy a alkalózy. Tyto poruchy jsou u hospodářských zvířat časté a ekonomicky závažné. Postihují hlavně nejužitkovější a chovatelsky nejcennější zvířata, snižují konverzi živin, úroveň produkce, ovlivňují plodnost a postnatální ontogenezi. Hodnocením parametrů acidobazické rovnováhy krve je možné do určité míry sledovat změny probíhající v organismu a posoudit úroveň jeho funkčního a zdravotního stavu.
KLÍČOVÁ SLOVA: pH, pCO2, pO2, base excess, standardní bikarbonát
ABSTRACT This bachelor work is aimed to working outthe information about separate coefficients by which it is possible to estimateacidobasic balance of the farm animals´ blood and elaborating the methodology ofobservation these parametres in the course of feeding the cattle. Among themost observed coefficients there belong pH, partial pressure O2, standardbicarbonate and the base excess. Thedisorders of acidobasic homeostasis of organism are specified as acidosis andalcalosis. These disorders are quite frequent at farm animals and are economicallyserious. They concern mainly the most utility and the rarest kinds of animals,they reduce conversion of nutrients, the level of production, they influencefertility and post-natal ontogeny. By evaluating of the parametres of blood´sacidobasic balance it is possible to certain extent observe changes happeningin organism and estimate the level of its functional and health condition.
KEY WORDS: pH, pCO2, pO2, base excess, standard bicarbonate
OBSAH 1. ÚVOD........................................................................................................................... 9 2. LITERÁRNÍ PŘEHLED ......................................................................................... 10 2.1 Základní pojmy ................................................................................................... 10 2.1.1 Homeostáze.................................................................................................... 10 2.1.2 Kyseliny a zásady .......................................................................................... 11 2.1.2.1 Zdroje kyselin a zásad v organismu........................................................ 11 2.1.3 Definice pH.................................................................................................... 12 2.1.4 Acidóza, alkalóza........................................................................................... 12 2.2 Udržování vnitřního prostředí a jeho řízení..................................................... 13 2.2.1 Řízení acidobazické rovnováhy ..................................................................... 13 2.2.2 Zachování stálé aktivity H+ - iontů ................................................................ 13 2.2.3 Transport látek mezi nárazníkovými systémy ............................................... 14 2.2.4 Účast dýchání a ledvin na udržování acidobazické rovnováhy ..................... 15 2.2.4.1 Dýchání ve vztahu k acidobazické rovnováze......................................... 15 2.2.4.2 Ledviny a jejich vztah k udržování ABR ................................................. 16 2.2.5 Úloha oběhového systému v řízení ABR....................................................... 16 2.2.6 Úloha kostry................................................................................................... 17 2.2.7 Úloha jater...................................................................................................... 17 2.3 Vliv teploty na jednotlivé ukazatele ABR......................................................... 18 2.4 Acidobazické parametry důležité pro posuzování ABR ................................. 20 2.5 Metabolické složky ABR .................................................................................... 21 2.6 Respirační složka ABR....................................................................................... 22 2.7 Poruchy acidobazické rovnováhy...................................................................... 23 2.7.1 Metabolická acidóza ...................................................................................... 23 2.7.2 Metabolická alkalóza ..................................................................................... 25 2.7.3 Respirační acidóza ......................................................................................... 26 2.7.4 Respirační alkalóza ........................................................................................ 27 2.7.5 Výskyt minerálních látek při poruchách ABR............................................... 28 2.8 Kompenzační reakce u acidobazických poruch............................................... 29 2.9 Změny složek ABR při různých zásazích ......................................................... 30 2.9.1 Vliv léčiv na změny ABR .............................................................................. 30 2.9.2 Efekt stresu při dopravě na ABR skotu ......................................................... 31
2.9.3 Vliv příjmu kationtů a aniontů a zdroje kationtů na produkci a ABR krav... 32 3. MATERIÁL A METODIKA................................................................................... 33 3.1 Sestavení sledovaných skupin zvířat ................................................................. 33 3.2 Odběr vzorků krve.............................................................................................. 33 3.3 Analytické zpracování vzorků ........................................................................... 34 3.4 Statistické vyhodnocení získaných výsledků .................................................... 34 4. SEZNAM TABULEK............................................................................................... 35 5. POUŽITÉ ZKRATKY ............................................................................................. 35 6. POUŽITÁ LITERATURA....................................................................................... 36
1. ÚVOD Chov skotu je hlavní a nejvýznamnější odvětví zemědělské výroby s vazbami na ostatní odvětví, hlavně rostlinnou výrobu. Ze 44 - 47 % kryje potřebu živočišných bílkovin ve výživě lidí. Hraje také významnou roli při údržbě a tvorbě krajiny (ekologické hospodaření, využívání trvalých travních porostů, pěstování objemových krmiv na orné půdě, aj). V posledních letech je v ČR zaznamenáváno zvýšení dojivosti na evropskou úroveň, udržuje se trend zvyšování domácí spotřeby mléka a mléčných výrobků, zpomaluje se několikaleté snižování početních stavů skotu, zvyšuje se počet krav bez tržní produkce mléka, což je jediná kategorie, která vykázala zvýšení stavů, udržuje se vysoká jakost produktů skotu, zvyšují se porážkové hmotnosti. Neuspokojivé jsou však ukazatele reprodukce, vysoké úhyny telat (v roce 1990 6 %, v roce 2000 10,1 %) a nutné porážky, zvyšování dovozu mléka a mléčných výrobků. V letech 2000 až 2004 se snížily stavy skotu českého strakatého plemene o 14 % a kříženců s dojenými plemeny o 40 %. Stavy holštýnského plemene se zvýšily o 9 % a masných plemen o 141 %. Hlavními úkoly agrárního sektoru jsou dosáhnout stabilizace chovu skotu, zvýšení stavu na 100 ha zemědělské půdy, zvýšení spotřeby mléka a hovězího masa, zlepšení ekonomických ukazatelů, jako jsou užitkovost, plodnost a produkční věk. Zjišťování acidobazického stavu krve je významné vyšetření, které podává informace o rovnováze procesů příjmu, tvorby a vylučování kyselin a bází v organismu. Úzký vztah ABR krve k procesům resorpce, metabolismu a exkrece látek a k výměně plynů v organismu z ní činí důležitého ukazatele funkčního stavu organismu. Stanovení ABR proto představuje významnou diagnostickou metodu, která nachází široké uplatnění při kontrole zdravotního stavu hospodářských zvířat.
-9-
2. LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 Základní pojmy
2.1.1 Homeostáze
Pro normální činnost živých organismů je nezbytné dynamické udržování stálých vlastností prostředí, které obklopuje jednotlivé buňky. V průběhu evoluce se vytvořila řada kompenzačních mechanismů, které zajišťují stálost vnitřního prostředí organismu na určité úrovni. Na rozdílnost vnějšího prostředí organismu jako celku a vnějšího prostředí buněk, které organismus vytvářejí, upozornil už v roce 1878 CLAUDE BERNARD. Jako první zavedl pojem „vnitřní prostředí“, které definoval takto: Zdrojem a výslednicí všech základních změn je krev, ve skutečnosti však ne všechna krev, ale její tekutá část, tj. krevní plazma a všechny intersticiální tekutiny. S platností této definice se prakticky setkáváme dodnes. Společně s krevním oběhem plní vnitřní prostředí důležité funkce: zajišťuje transport živin, kyslíku, protilátek a umožňuje odsun katabolitů, CO2 a migraci buněk, zajišťujících celulární imunitu. Podle NEJEDLÉHO (1980) vnitřní prostředí za účasti regulačních orgánů (plíce, ledviny, játra) zajišťuje: 1.
stabilitu objemu i průtoku tělesných tekutin,
2.
stabilitu osmolality a iontového složení,
3.
stabilitu aktivity vodíkových iontů,
4.
stabilitu teploty. Účelem těchto regulačních mechanismů je udržování
stálosti vnitřního
prostředí organismu, tzv. homeostázy. Tímto termínem CANNON (1932) označuje činnost různých fyziologických soustav, vedoucích k obnovení normálního stavu, který byl porušen. Díky homeostáze nastává vzájemná interakce mezi přísunem látek a jejich odsunem z organismu. Dynamickou rovnováhu označujeme jako ustálený stav. Homeostáze je základní podmínkou všech vyšších forem života, umožňuje činnost organismu, která je značně nezávislá na vnějším prostředí.
- 10 -
2.1.2 Kyseliny a zásady
Kyselinu je vhodné definovat jako látku, která uvolňuje protony (ionty vodíku), zásadu pak jako látku, která je přijímá. Kyseliny i zásady dále definujeme podle jejich afinity k H+. Silná kyselina má malou afinitu k H+ a lehce jej uvolňuje (disociuje), slabá kyselina má určitou afinitu k H+ a stupeň její disociace je nízký. Silná báze (zásada) má vysokou afinitu k H+, slabá báze nízkou. Liší-li se molekuly jen chyběním nebo přítomností jediného protonu, tvoří spolu konjugovanou acidobazickou dvojici. Např. H2CO3 je slabá kyselina, její konjugovanou bází je hydrogenuhličitanový iont (bikarbonát = HCO3-). Odlišujeme dále kyseliny netěkavé a těkavé (nevolatilní a volatilní). Netěkavé kyseliny jsou neplynné kyseliny, např. HPO4- nebo HSO4-, nebo organické kyseliny (mléčná, acetoctová, β-hydroxymáselná atd.). Fyziologicky velmi důležitou těkavou kyselinou je kyselina uhličitá, která se štěpí na vodu a oxid uhličitý. Tato reakce probíhá spontánně, in vivo je katalyzována karbonátdehydrogenázou. Celkové schéma systému CO2 vypadá takto: CO2 + H2O → H2CO3 = H+ + HCO3Na jednom konci rovnováhy je oxid uhličitý, který můžeme považovat za bezvodou formu H2CO3, na druhém konci pak HCO3-, což je konjugovaná báze kyseliny uhličité, vzniklá její disociací.
2.1.2.1 Zdroje kyselin a zásad v organismu
Sacharidy, lipidy a proteiny jsou metabolizovány oxidačními reakcemi a vytvářejí kyseliny, které musejí být neutralizovány. Za anaerobních podmínek (např. při respirační nouzi nebo při silné fyzické zátěži) jsou sacharidy metabolizovány do stádia pyruvátu a laktátu, které se kumulují až do obnovení přívodu kyslíku. Tyto kyseliny jsou pak dále metabolizovány v Krebsově cyklu a zčásti v systému respiračního řetězce až do konečného stadia oxidu uhličitého. Triglyceridy jsou oxidovány na mastné kyseliny, které jsou zdrojem ketolátek (acetoctová a β-hydroxymáselná kyselina), při definitivní oxidaci pak rovněž zdrojem CO2. Proteiny jsou hydrolyzovány na aminokyseliny, konečným stádiem jejich metabolismu je vedle amoniaku opět oxid uhličitý. Proteiny obsahující síru se částečně
- 11 -
mění na soli kyseliny sírové. Nukleové kyseliny, některé lipidy i proteiny obsahují velké množství fosforu a jsou metabolizovány mimo jiné na soli kyseliny fosforečné. Zásady jsou v organismu představovány hlavně aniontem hydrogenuhličitanovým (bikarbonátem), přijímaným potravou ve formě sodných, draselných, hořečnatých a jiných solí. Častějším zdrojem je však jejich tvorba. Ovoce a zelenina obsahují kvanta organických kyselin a jejich solí, zejména draselných. Anionty těchto kyselin jsou zcela metabolizovány, zbylé draslíkové, sodíkové nebo jiné kationty jsou v zájmu udržení elektroneutrality vázány na zadržené bikarbonáty, pH má tendenci k růstu. Při bílkovinné stravě je rozhodující vznik kyselin, včetně silných, což vysvětluje acidifikující vliv této výživy. V souhrnu převažuje metabolická tvorba kyselin a celý regulační systém acidobazické homeostázy je zaměřen na zachycení tohoto přírůstku H+ pomocí pufrových mechanismů. (HŘEBÍČEK, 1999)
2.1.3 Definice pH pH je záporný dekadický logaritmus koncentrace H+, uvedené v molech na 1 litr. Hodnota pH 7,40 znamená, že koncentrace H+ v roztoku je 4,0.10-8 mol.l-1, tedy 0,00000004 mol.l-1 = 0,00004 mol.l-1.
2.1.4 Acidóza, alkalóza
Jako acidózu označujeme poruchu acidobazické homeostázy s hromaděním kyselin nebo se ztrátou bází z extracelulární tekutiny. pH může být i normální, jestliže je acidóza plně kompenzována. Acidózu s poklesem pH (= růstem koncentrace H+), nazýváme acidemií. Alkalóza je porucha acidobazické homeostázy s nadbytkem bází nebo ztrátou kyselin z extracelulární tekutiny. Dojde-li k růstu pH (poklesu koncentrace H+), hovoříme o alkalemii.
- 12 -
2.2 Udržování vnitřního prostředí a jeho řízení Pro zachování normální činnosti organismu je nezbytné udržování stálých vlastností vnitřního prostředí, které obklopuje jednotlivé buňky. V průběhu evoluce vznikla řada kompenzačních mechanizmů, které udržují složení vnitřního prostředí na stálé úrovni.
2.2.1 Řízení acidobazické rovnováhy
Acidobazická rovnováha (ABR) určuje poměr kyselin a zásad v roztoku. Za normálních podmínek se pH krve zvířat udržuje regulačním mechanismem ve velmi úzkém rozpětí 7,360 – 7,440. Jen tak je zabezpečen optimální průběh enzymových reakcí v organismu. Acidobazické poruchy u hospodářských zvířat jsou časté a ekonomicky závažné. Často probíhají v subklinické formě a běžnými diagnostickými metodami je není možno rozpoznat. Postihují v první řadě nejužitkovější a chovatelsky nejcennější zvířata, snižují úroveň konverze živin, množství a kvalitu produkce, vliv na plodnost, prenatální i postnatální vývoj mláďat. ABR je v organismu řízena na třech základních úrovních. První úroveň představuje mechanismy, které zajišťují zachování stálosti aktivity vodíkových iontů, druhou úroveň představují výměnné procesy látek mezi nárazníkovými systémy erytrocytů, plazmy, intersticiální a intracelulární tekutiny a třetí úrovní řízení ABR je transport látek, který je zajišťován dýcháním a činností ledvin, kostry a jater. 2.2.2 Zachování stálé aktivity H+ - iontů První stupeň řízení ABR je dán zachováním stálé úrovně aktivity H+ v nárazníkových systémech krve v intersticiální a intracelulární tekutině. Ustáleného stavu v těchto systémech je dosahováno rychle, řádově ve zlomcích sekundy. Řízení aktivity H+ probíhá pomocí tzv. nárazníků. Nárazníkem je označována látka, schopná vázat nebo uvolňovat H+ v roztocích, čímž udržuje relativně stálé pH. Nárazníky jsou tvořeny slabou kyselinou a silně disociovanou solí této kyseliny.
- 13 -
Tab. 1 Podíl jednotlivých nárazníkových systémů v organismu (Winters, 1967) Erytrocytární
18 %
Hydrogenuhličitanové
Plazmatický
35 %
systémy
Celkem
53 %
Hemoglobin-
35 %
Ostatní ústrojné systémy
oxyhemoglobin Plazmatické bílkoviny
7%
Organické a anorg. fosfáty
5%
Celkem
47 %
Chemické pufrovací systémy představují první linii obranných mechanismů pro udržování stálé hodnoty pH extracelulární tekutiny. Základními chemickými pufrovacími systémy jsou pufry hydrogenuhličitanové, fosforečnanové a bílkovinné.
2.2.3 Transport látek mezi nárazníkovými systémy
Další úrovní ABR je transport látek mezi nárazníkovými systémy erytrocytů, plazmy, intersticiální a intacelulární tekutiny. Těmito látkami jsou hlavně vodíkové ionty a CO2, produkované metabolismem buněk, stejně jako kyslík, metabolismem spotřebovaný, který svojí vazbou na hemoglobin výrazně ovlivňuje pufrační kapacitu krve (oxygenovaná forma Hb snižuje pufrační kapacitu, deoxygenovaná ji zvyšuje). Mimo to zde dochází k výměně vody a iontů, které jsou součástí nárazníkových systémů (především HCO3-). Mezi nárazníkovými systémy jednotlivých oddílů tělesných tekutin je vytvářena dynamická rovnováha. Nejrychleji je rovnováhy dosahováno mezi nárazníkovými systémy krvinek a plazmy. Na transport látek mezi nárazníkovými systémy mají mimo jiné vliv i osmolalita a koncentrace iontů, které nejsou bezprostředně součástí nárazníkových systémů. Takovými ionty jsou např. kationty draslíku, jejichž redistribuce mezi intersticiální a intercelulární tekutinou je spojena s redistribucí H+, kdy vodíkové ionty přestupují do buněk z extracelulárního prostoru (intracelulární acidóza s extracelulární alkalózou, např. po tiazidových diureticích). K výměnným procesům, které ovlivňují ABR, patří také výměna iontů extracelulární tekutiny s minerálními složkami kostí. Kationty K+, Na+, Ca2+, Mg2+
- 14 -
navázané na povrchu základní hmoty kostí se mohou volně vyměňovat s kationty extracelulární tekutiny. Např. třetina celkového množství sodíku obsaženého v kostech se denně vymění s extracelulárními kationty Na+. Sodíkové, ale i draslíkové a vápníkové ionty se mohou vyměňovat také za vodíkové kationty a podílí se tak na kompenzaci dlouhotrvajících acidóz, hlavně renálního původu. Objevuje se však odezva endokrinního řízení fosforu a vápníku, takže při těchto dlouhotrvajících acidózách se objeví dekalcifikace kostí.
2.2.4 Účast dýchání a ledvin na udržování acidobazické rovnováhy
Žádný organismus (s výjimkou některých mikrobů) nemůže žít bez kyslíku. Potřeba kyslíku v organismu stoupá s intenzitou jeho metabolismu. Rozdílnost úrovně metabolismu jeho stability a podmínek prostředí u jednotlivých živočišných tříd, vedla ke zniku rozmanitých systémů zajišťujících dýchání. Maximální kompenzační odpověď dýchání na náhle vzniklou poruchu acidobazické rovnováhy přichází do 12 hodin a maximální renální kompenzaci, případně korekci náhle vzniklé poruchy acidobazické rovnováhy, je možno očekávat do pěti dnů.
2.2.4.1 Dýchání ve vztahu k acidobazické rovnováze
V udržování stálého složení vnitřního prostředí připadá velká úloha dýchání, které zajišťuje rovnováhu mezi spotřebou kyslíku a výdejem oxidu uhličitého v organismu. Dýchání rozdělujeme na vnitřní a vnější. Vnějším dýcháním rozumíme výměnu O2 a CO2 mezi vzduchem a krví v plicích. Jako vnitřní dýchání označujeme výměnu plynu mezi krví a tkáněmi (HOLUB, 1970). Plíce zabezpečují ABR odstraňováním CO2, čímž je snižován obsah H2CO3. Většina CO2 v krvi (70 %) je přenášena ve formě hydrogenuhličitanu. Během transportu z tělních buněk do plic difunduje CO2 do erytrocytů a je hydratován za přítomnosti enzymů karbonátdehydratázy. H+, který se takto vytvoří, je pufrován a vzniklý HCO3difunduje do krevní plazmy. Když krev prochází plicními kapilárami, probíhá difúze CO2 do plicních alveolů a průběh hydratační reakce (CO2 + H2O → H+ + HCO3-) se rychle obrací, takže H+ mizí z extracelulární tekutiny.
- 15 -
Zvýšené množství nepufrovaných H+ způsobuje, že se zvětšuje plicní ventilace. V důsledku toho se zvyšuje gradient úniku CO2 do plicních alveolů a vodíkové ionty rychleji mizí. Zvýšené množství CO2 také zvyšuje plicní ventilaci, a tak jsou další vodíkové ionty z intenzivnější hydratace vylučovány plícemi. Plicní ventilace je řízena tak, aby se pCO2 (parciální tlak) pohyboval kolem 5,3 kPa.
2.2.4.2 Ledviny a jejich vztah k udržování ABR
Hlavní úloha ledvin v udržování ABR je udržovat v rovnováze metabolický přísun vodíkových iontů do extracelulární tekutiny a jejich odsunem do moči. Vodíkové kationty, vytvářené v buněčných metabolických pochodech, jsou v intersticiální tekutině okamžitě
pufrovány
hydrogenkarbonátovým
nárazníkovým
systémem.
Hydrogenkarbonátové anionty, které jsou spotřebovávány v této pufrační reakci, jsou nahrazovány anionty HCO3- z krve. Důsledkem těchto dějů, nebýt činnosti ledvin, které vylučují vodíkové ionty, by nastal postupný pokles pH v krvi (a obecně i ve všech tělních tekutinách). Za každý vylučovaný vodíkový iont se do krve přijímá aniont hydrogenkarbonátu, vytvořený v buňkách ledvinových tubulů. Tím jsou nahrazovány anionty HCO3-, ztracené v pufrační reakci a kationty H+, vytvářenými metabolismem buněk. Vodíkové ionty vylučované do moči se v ní objevují převážně ve své neionizované formě, vázané jednak na nárazníkové base (hlavně na fosfáty jako tzv. titrovatelná acidita), jednak vázané na amoniak (jako NH4). V ustáleném stavu musí být celková exkrece vodíkových iontů do moči rovna jejich metabolické produkci. Ledviny také vylučováním vodíkových iontů (eventuálně i HCO3-) kompenzují možné ztráty kyselin (při zvracení) nebo bazí (při průjmech). Za každý vyloučený vodíkový iont, který odchází do definitivní moči jako titrovatelná acidita nebo na vazbě na amoniak, přechází z tubulární buňky do poritubulární tekutiny a z ní do krve jeden aniont HCO3-.
2.2.5 Úloha oběhového systému v řízení ABR
Význam cirkulace krve v řízení ABR spočívá v tom, že minutový výdej CO2 (a minutový příjem O2) dýcháním je závislý nejen na alveolární ventilaci, ale také na průtoku krve plícemi, resp. na minutovém srdečním výdeji. Kromě toho změny průtoku krve jednotlivými orgány a tkáněmi významně ovlivňují distribuci vody a iontů - 16 -
v jednotlivých částech tělesných tekutin a interakce mezi pufračními systémy krve a itesticiální tekutiny (IST) v těchto tkáních a orgánech. Důležitá úloha zde proto připadá mikrocirkulaci (ALEKSEJEV, 1976). Například při anémii je účinek nejvíce patrný na periferní cirkulaci, kde vyvolává kožní vasokonstrikci. Pomalý krevní tok kůží může způsobit periferní cyanózu s přidruženou stagnační hypoxií. Obdobně i při acidémii je periferní cirkulace pomalá. Z části je za to zodpovědná deprese vasomotorického centra, z části je způsobena přímým účinkem acidémie na hladké svaly arteriolárních stěn. Za současného poklesu srdečního výdaje nastává hypotenze s dilatovanými cévami. Klinicky se tento stav projeví teplými končetinami s periferní a centrální cyanózou. Bylo prokázáno, že metabolická acidémie působí uvolnění katecholaminů a jejím klinickým efektem je bradykardie a pokles srdečního výdeje (FELDMAN, 1974). Čím hlubší je metabolická acidóza, tím vyšší je hladina katecholaminů v plazmě (ROOTH, 1975).
2.2.6 Úloha kostry
V první fázi chronické acidózy se na neutralizaci kyselin podílejí pufry extracelulární a intercelulární tekutiny (ICT). V druhé fázi jsou využívány pufry ICT a acidobazická funkce kostry není pufrací ve vlastním slova smyslu, jde o výměnu H+ s minerálními složkami kostí, což může mít za následek demineralizaci skeletu.
2.2.7 Úloha jater
Játra se účastní na udržování ABR tím, že metabolizují různé organické kyseliny a také jejich soli. Rovněž deaminují aminokyseliny a vytvářejí z nich močovinu. Také z glykogenu může vzniknout kyselina mléčná. Dále se mohou žlučí do střeva vylučovat báze a i tímto mechanismem se organismus zbavuje jejich nadbytku.
- 17 -
2.3 Vliv teploty na jednotlivé ukazatele ABR Pojem kyselina a zásada definoval již v roce 1923 BRØNSTED. Kyselinou označil takovou molekulu látky, která má schopnost odštěpit hydrogenový iont a naopak za bázi považuje takovou molekulu, která je schopna tento hydrogenový iont přijmout. Síla kyseliny nebo báze je porovnávána s nadbytkem hydrogenových nebo hydroxylových iontů a v roztoku závisí na koncentraci příslušné látky a na stupni její disociace. ABR je dána poměrem konc. vodíkových kationtů a hydroxidových aniontů v roztoku a platí: neutrální roztok
H+ = OH-
kyselý roztok
H+ > OH-
zásaditý roztok
H+ < OH-
Hodnota neutrálního roztoku není konstantní, ale jak uvádí KLABUSAY (1987), také závisí na teplotě: [H+] = [OH-] při 25°C
pH = 7,0
při 37°C
pH = 6,8
Ve vodných roztocích kolísá koncentrace vodíkových iontů v širokých rozmezích. Naproti tomu ve vnitřním prostředí, např. u člověka kolísá koncentrace vodíkových iontů za fyziologických podmínek jen ve velmi úzkých mezích. V chemicky čisté vodě je koncentrace vodíkových iontů shodná s jejich aktivitou. Jde o měřitelnou hodnotu a vyjadřuje se jako aktivita vodíkových iontů [cH+] v nmol.l-1 vody. Většinou je obtížné měřit přímou metodou intracelulární pH, i když většina iontů v těle je uvnitř buněk, proto se zaměřujeme hlavně na extracelulární tekutiny a krev (SYKES, 1974). V biologických tekutinách pH může být počítáno z pCO2 a plazmových HCO3- za pomoci Henderson-Hasselbalchovy rovnice: pH = pK+ + log ([HCO3-] / [H2CO3]) kde pH je záporný dekadický logaritmus molální aktivity vodíkových iontů, pK je logaritmem reciproké hodnoty disociační konstanty K, zavedené v roce 1909 Hendersonem. Disociační konstanta udává, jaký podíl kyseliny je disociován na kationty (H+) a anionty (A-) a jaký podíl zůstal nedisociován v podobě celé molekuly K = ([H+] + [A-]) / [HA] - 18 -
Změnou tvaru potom dostaneme rovnici pro výpočet konc. vodíkových iontů: H+ = K ([H2CO3] / [HCO3-]) Tuto Hendersonovu rovnici upravil HASSELBALCH (1916) do dnešní podoby a je označována jako Henderson – Hasselbalchova rovnice. Podle této rovnice platí: pH = pK + log ( HCO3- (mmol.l-1) / pCO2 (kPa) x S) kde S je koeficient rozpustnosti pro CO2 v mmol.l-1. Pokud je parciální tlak uváděn v kPa, pak S = 0,225. Hodnotě pCO2 v torrech přísluší S = 0,03. Současně platí určité závislosti mezi disociačním koeficientem pK a pH: čím bude disociační koeficient pK nižší, tím nižší bude pH, tím vyšší bude aktuální koncentrace H+, tím větší bude disociace kyseliny. Za fyziologických podmínek bylo zjištěno, že disociační konstanta kyseliny uhličité pK je 6,1. Na tuto skutečnost upozorňuje řada autorů, např. práce SEVERINGHAUSE, STUPFELA, BRADLEYHO (1956). Citovaní autoři upozorňují na vztahy mezi pH, pK a teplotou. Ve své práci uvádí, že při pH 7,4 a teplotě 37,5°C je přijatá hodnota pro pK od 6,10 – 6,09. Vzestup pK o jednotku znamená pokles pH o 0,044 při teplotě 37,5°C a pokles pH o 0,063 při teplotě 24°C. Protože jak hodnota disociační konstanty, tak i hodnota pH se mění s teplotou, bylo nutné stanovit tzv. teplotní koeficienty, které platí pro celou krev, ať již jde o člověka nebo zvířata. Někteří autoři zabývající se vztahem mezi pH a teplotou, např. ROSENTHAL (1948), zjistili, že při každém poklesu teploty o 1°C se zvýší pH o 0,0147. Důvodem,proč dochází ke změně pH v závislosti na teplotě je pravděpodobně snížení stupně ionizace proteinových elementů krve v souvislosti s poklesem teploty, což vede k nárůstu hydrogenkarbonátového obsahu plazmy a pH vzrůstá (BREWIN, 1955). Teplotní koeficient, který uvádí ROSENTHAL (1948) potvrdil i BURTON (1965), který uvádí 0,01476. K přibližně stejným výsledkům dospěli i další autoři. Zdá se, že pH / ∆ T se mění nejen s teplotou, ale i s obsahem CO2. Minimální hodnoty byly sledovány při nízkém pH a vysoké konc. CO2. Dá se tedy předpokládat, že faktor vzrůstá alkalitou a snižujícím se obsahem CO2. Změny teploty ovlivňují také hodnoty krevních plynů. Uvádí se předpoklad, že pokles teploty o 11°C v anaerobním prostředí vede ke snížení tenze CO2 asi o 1,76 torrů (0,23 kPa) a pO2 o 6 torrů (0,76 kPa). Aby bylo možno korigovat hodnoty krevních plynů z teploty měření na teplotu těla, stanovil BRADLEY, STUPFEL, SEVERINGHAUS (1956) přepočtové faktory. - 19 -
2.4 Acidobazické parametry důležité pro posuzování ABR Pro komplexní posouzení ABR krve je třeba znát aktuální pH krve, respirační složku – vyjádřenou parciálním tlakem CO2 (pCO2) a složku metabolickou, která je představována četnými ukazateli, z nichž nejdůležitější je base excess (BE), popř. standardní bikarbonát (SB). Na základě těchto hodnot krve můžeme přesně určit acidobazickou poruchu a stupeň její kompenzace. Jsou však používány i jiné méně významné parametry, jako je aktuální bikarbonát (AB) nebo buffer base (BB). Veškeré uvedené acidobazické hodnoty v krvi snadno stanovíme Astrupovým přístrojem a za použití Siggaardova – Andersenova monogramu nebo pomocí dalších moderních acidobazických analyzátorů. pH – je záporně vzatý dekadický logaritmus molární aktivity vodíkových iontů. Stejná odchylka ve směru plus nebo mínus představuje podstatný rozdíl v aktivitě vodíkových iontů. Např. pokles pH o 0,3 znamená vzestup v aktivitě vodíkových iontů na polovinu. Pouhý vzestup pH v krvi nad 7,43 je nazýván alkalémií, naopak pouhý pokles pH pod 7,380 acidémií. pCO2 – parciální tlak oxidu uhličitého v krvi se vyjadřuje v kilopascalech (kPa) a představuje respirační složku ABR. Base excess – vyjadřuje nadbytek nebo nedostatek bazí (titrovatelných v mmol.l-1 krve). Záporné hodnoty BE představují přebytek kyselin v organismu, kladné hodnoty BE představují přebytek bazí. V obou případech značí hodnota BE to množství kyselin nebo bazí v mmol, které je nutno přidat na 1 litr krve, aby se pH upravilo na hodnotu 7,40 při pCO2 = 5,3 kPa o teplotě 38°C (BOĎA et al., 1990). Fyziologické rozmezí BE v krvi je 0 ± 2 mmol.l-1 (ZILBER, 1977). Standardní bikarbonát (SB) – vyjadřuje koncentraci hydrogenuhličitanu v mmol.l-1 krevní plazmy při pCO2 krve 5,3 kPa a teplotě 38°C. Představuje metabolickou složku ABR. Buffer base (BB) – je souhrn nárazníkových bazí v celé krvi (v plazmě a erytrocytech), v podstatě jsou to anionty HCO3- bílkovin (včetně hemoglobinu) a fosfátu. Tento termín zavedl v roce 1948 SINGER a HASTINGS a měla jím být vyjádřena míra respirační složky poruchy ABR. Autoři v té době ještě vycházeli z neutralizační teorie kyselin a zásad a za baze považovali kationty. Jejich množství pak ekvivalentně odpovídalo množství těch aniontů, které vstupují do nárazníkových reakcí
- 20 -
(NEJEDLÝ, 1980). Fyziologické rozmezí BB je 46 – 50 mmol.l-1 a závisí na koncentraci hemoglobinu. S výše uvedeným ukazatelem BB souvisí i další ukazatel „normal buffer base“ (NBB). Tento ukazatel uvádí, že v plazmě za fyziologických podmínek bude 41,7 mmol.l-1 normálních nárazníkových bazí, za předpokladu, že konc. hydrogenkarbonátu bude 24 mmol.l-1, proteinových aniontů 16 mmol.l-1 a konc. ostatních nárazníkových bazí nepřevýší 2 mmol.l-1. Hodnota NBB v normální plné krvi se bude měnit podle konc. hemoglobinu dle níže uvedeného vztahu: NBBb = NBBp + 0,042 . Hb (g.l-1) Index b = označení pro celou krev Index p = označení pro plazmu.
2.5 Metabolické složky ABR Metabolickou složku acidobazické rovnováhy krve zjišťuje řada titračních metod. Základním nedostatkem všech těchto metod je jejich parciálnost, která neumožňuje úplnou charakteristiku acidobazického stavu krve. Metody sami nemohou zjistit primární respirační poruchy. Současně však mají výhodu v tom, že jsou mnohem jednodušší. Základním principem těchto metod je titrace kyseliny přidané do vzorku krve louhem. Z rozdílu hodnot získaných titrací slepého vzorku, v němž je část kyseliny vázána přítomnými bázemi, se vypočte nárazníková kapacita (NK) krve. Konec titrace je určován indikátorem nebo potenciometricky.
Normální hodnoty nárazníkové kapacity (NK) potenciometricky : SKOT : telata: 20,75 mmol/l mladý skot: 34,0 mmol/l dojnice: 33,5 mmol/l Za patologických stavů se setkáváme nejčastěji s poklesem nárazníkové kapacity krve (acidóza bachorového obsahu, ketóza, zkrmování krmiv s vysokým obsahem kyseliny šťavelové aj.). Při komplexním zjišťování acidobazického stavu (ekvilibrační metoda podle Astrupa) na Astrupově přístroji zjišťujeme zpravidla dva parametry – standardní bikarbonát (SB) a přebytek bazí (BE), které reprezentují metabolické složky
- 21 -
acidobazické rovnováhy. Tyto hodnoty vypočítáme z Hendersonovy – Haaselbachovy rovnice nebo odečítáme z nomogramu. Nejmodernější Astrupovy přístroje umožňují přímé odečtení těchto výsledků. Normální hodnoty standartního bikarbonátu (SB): SKOT: telata: 21,25 ± 3,46 mmol/l dojnice: 24,6 ± 1,22 mmol/l Snížení hodnot SB je výrazem metabolické acidózy a naopak zvýšené hodnoty signalizují metabolickou alkalózu. Normální hodnoty přebytku bazí (BE): SKOT: telata: 0,0 ± 0,78 mmol/l dojnice: - 0,5 ± 4,5 mmol/l Posun veličiny BE do záporných hodnot vyjadřuje rovněž metabolickou acidózu a vzestup do kladných hodnot nad horní hranice normálu je znakem metabolické alkalózy.
2.6 Respirační složka ABR Respirační složku ABR reprezentuje parciální tlak CO2. Jeho zjišťování je možné přímým měřením speciální elektrodou nebo, což je běžnější, získáváme tuto hodnotu Astrupovou metodou na odpovídajícím přístroji, kdy ji odečítáme z nomogramu. Dříve zjišťovaná “alkalická rezerva” vyjadřovaná v objemových % CO2 nezahrnuje jen respirační složku, ale také část metabolické složky ABR, protože touto metodou se zjišťuje v plazmě veškerý CO2 extrahovaný za přítomnosti silné kyseliny, tj. bikarbonát, H2CO3, rozpuštěný CO2, všechny uhličitany a karbaminové sloučeniny. Správnější je udávat alkalickou rezervu v mmol/l. Z uvedeného vyplývá, že alkalická rezerva vyjadřuje převážně metabolickou složku (bikarbonát) a že respirační složka ve výsledku představuje jen malou část. Získané výsledky jsou proto vždy vyšší než aktuální koncentrace bikarbonátu. Normální hodnoty pCO2 (Astrupova metoda): SKOT: telata: 41,56 ± 8,73 mm Hg (torrů)
5,54 ± 1,16 kPa
dojnice: 41,6 ± 4,53 mm Hg (torrů)
5,54 ± 0,60 kPa
- 22 -
Z toho vyplývá, že problematika ABR není nijak jednoduchá. Chceme-li posoudit charakter vzniklých poruch musíme mít z diagnostického hlediska údaje jak o pH krve, tak i o respirační složce (pCO2) a metabolických složkách (SB, BE) ABR. (HOFÍREK, 1978)
2.7 Poruchy acidobazické rovnováhy Acidobazický stav je výslednicí regulačního úsilí organismu, zejména ve vztahu k příjmu, tvorbě a exkreci kyselin a zásad v organismu. ABR je udržována nárazníkovými systémy a výměnou plynu v plicích, jako i exkrecí tekutin a solí ledvinami. Tyto udržují acidobazický stav ve fyziologickém rozpětí. Při poruchách výživy, metabolických, orgánových a jiných onemocněních dochází často k výkyvům, které způsobují acidózu nebo alkalózu. Z klinického
hlediska
acidózy
rozdělujeme
na
kompenzované
a
nekompenzované. Kompenzované poruchy obvykle probíhají skrytě. Regulační systémy jsou dost vyčerpané, ale pH krve zůstává ještě ve fyziologických hranicích. Při nekompenzovaných poruchách se obyčejně vyskytují zřetelné klinické příznaky a pH krve je posunuté. Podle původu rozeznáváme respirační a metabolické poruchy ABR (SLANINA, 1975). Třídění poruch vychází z obecného vyjádření Hendersonovy rovnice: H+ = K (respirační složka ABR / metabolická složka ABR) Respirační složka je dána množstvím rozpuštěného a vázaného CO2, jež je úměrné parciálnímu tlaku CO2 v alveolech. Metabolická složka je v IST dána koncentrací hydrogenkarbonátu a v krvi souhrnem nárazníkových zásad (BB) (BRODAN, BRODANOVÁ, 1977).
2.7.1 Metabolická acidóza
Je to pokles koncentrace hydrogenuhličitanu v extracelulární tekutině. Metabolická acidóza je způsobena: -
absolutním zvýšením příjmu nebo tvorby silných kyselin a jejich aniontů
proti jejich vylučování a proti jejich zániku dalším metabolickým zpracováním,
- 23 -
-
relativním zvýšením příjmu nebo tvorby silných kyselin a jejich aniontů
proti jejich zvýšenému vylučování, anebo jsou porušeny či omezeny ty metabolické děje, které kyseliny (hlavně organické) mají dále zpracovávat, -
zvýšenými ztrátami nebo zvýšenou spotřebou hydrogenuhličitanu proti
jeho tvorbě nebo příjmu. Metabolickou acidózu zjišťujeme např. při různých patologických procesech a stavech, kdy dochází ke zvýšené tvorbě nebo hromadění silných kyselin, popř. jejich aniontů. Přímé ztráty hydrogenuhličitanu vznikají při poruše regulační schopnosti ledvin, renální tubulární acidóze, pyelonefritidě a gromerulonefritidě. Ke ztrátám hydrogenuhličitanů a k metabolické acidóze dochází při průjmových onemocněních a střevních píštělích, protože ve střevním obsahu je značné množství hydrogenuhličitanu. Metabolické acidózy mohou probíhat v akutní nebo chronické formě. Metabolická acidóza zpočátku stimuluje respirační centrum a zvyšuje se plicní ventilace. Při těžkých metabolických acidózách dochází k poklesu pH krve a pH moči. V krvi klesá pH BE i SBC. Chronické metabolické acidózy vznikají při dlouhodobém zatěžování organismu kyselými látkami. Při této formě acidózy nejsou změny ve složení krve a moče tak nápadné jako při akutní acidóze (VRZGULA et al., 1990).
Tab. 2 Stav pCO2 a pH krve při metabolické acidóze (Vrzgula et. al., 1990)
pCO2
kompenzovaná
částečně komp.
nekompenzovaná
snížený n. normální
snížený
snížené nebo v normě
pH krve
normální
snížené
Příčiny vzniku: -
hladovění
-
průjem
-
dehydratace
-
ketóza
-
acidóza bachorového obsahu
-
krmení silně kyselými silážemi
-
chronická ztráta slin
-
porucha činnosti ledvin (HOFÍREK, 1978)
- 24 -
snížené
2.7.2 Metabolická alkalóza
Jde o patofyziologický děj způsobený: -
ztrátami vodíkových iontů z ECT (dlouhotrvající zvracení, při všech
stavech vedoucích k nedostatku kalia – např. po podání některých diuretik), retencí hydrogenkarbonátů nebo jiných konjugovaných bazí.
-
Nárazníkové reakce vedou ke zvýšení koncentrace nehydrogenkarbonátových nárazníkových bazí a ke vzestupu hladiny hydrogenkarbonátu. Hodnota BB i BE proto rostou. Tab. 3 Stav pCO2, pH a BE krve při metabolické alkalóze (Vrzgula et. al., 1990) kompenzovaná
částečně kompenz.
nekompenzovaná
pH krve
v normě
zvýšené
zvýšené
pCO2
zvýšený
zvýšený
snížený
BE krve
zvýšený
zvýšený
zvýšený
Při
metabolické
alkalóze
se
zvyšuje
množství
hydrogenkarbonátu
v glomerulárním filtrátu, zvětšuje se proto i množství H+, které se v tubulech váží s HCO3- a umožňují tak „reabsorpci“ hydrogenkarbonátů do krve. Množství vodíkových iontů, které se navazují na fosfáty nebo na NH3 a odcházejí do moči, se proto snižuje. Moč se stává alkalickou. U metabolické alkalózy, provázené doplací K+ (ke které ostatně dochází u každé déletrvající metabolické alkalózy) se snižuje výměna Na+ za K+ a zvyšuje se směna Na+ za H+. Objevuje se paradoxní acidifikace moči a metabolická alkalóza se tak zhoršuje.
Příčiny vzniku: -
ileus
-
dislokace slezu
-
poruchy trávení bílkovin v bachoru
-
zvýšený přívod alkalických krmiv
-
vysoké vyměšování kyseliny močí
-
ztráty draslíku po operacích (HOFÍREK, 1978)
- 25 -
2.7.3 Respirační acidóza
Jde o patofyziologický děj, způsobený převahou tvorby CO2, nad jeho vylučováním. K tomuto stavu dochází hlavně na podkladě nedostatečné alveolární ventilace, která může mít charakter buď primární poruchy činnosti dýchacích svalů, deformity hrudníku a plicního onemocnění, nebo sekundární poruchy onemocnění centrálního nervového systému vedoucí k útlumu dechového centra, jak uvádí FELDMAN (1974). Retence CO2 v organismu vede k retenci kyseliny uhličité, která dále disociuje na hydrogenkarbonát s H+,který je pufrován nehydrogenkarbonátovými nárazníkovými bázemi. Na základě výše uvedených reakcí by se měla zvyšovat koncentrace
hydrogenkarbonátového
nárazníku
na
úkor
konc.
nehydrogenkarbonátového. Ale hydrogenkarbonátové ionty se podle koncentračního gradientu přesouvají z krve do intersticia, takže mohou BE i BB lehce klesat (NEMES, NIEMER, 1985). Rozvoj respirační acidózy nastává za 12 hodin, maximum do 6 dnů. Rovněž plíce mohou přispět ke korekci respirační acidózy prohloubením ventilace (většinou znemožněno podstatou poruchy).
Tab. 4 Stav pH krve, SBC a pCO2 při respirační acidóze (Vrzgula et. al., 1990) kompenzovaná
nekompenzovaná
pH krve
zvýšené
nezvýšené
SBC
normální
snížený
pCO2
zvýšený
zvýšený
Příčiny vzniku: -
snížená ventilace alveol
-
zvýšená konc. CO2
-
útlum dýchacího centra
-
emfyzém
-
pneumonie
-
poranění hrudníku (HOFÍREK, 1978)
- 26 -
2.7.4 Respirační alkalóza
Je patologický proces, charakterizovaný nepoměrem mezi tvorbou CO2 ve tkáních a zvýšeným výdejem CO2 hyperventilací. Dochází tedy ke zvýšenému výdeji CO2 plícemi a v krvi klesá pCO2. Hyperventilace může vznikat při přímém dráždění dýchacího centra, při některých infekčních onemocněních, při intoxikacích (NH3), při použití analeptik, při nádorech v mozku a v důsledku lebečního traumatu. Dýchací centrum je rovněž stimulováno při dráždění periferních a nitrohrudních receptorů. Pokles konc. CO2 a tím i H2CO3 v ECT se snaží organismus kompenzovat snížením hladiny HCO3-. Tohoto efektu je dosaženo zvýšeným vylučováním HCO3- a sníženým vylučováním Cl- ledvinami. Kromě uvedených poruch ABR se vyskytují též poruchy kombinované.
Tab. 5 Stav pH krve, pCO2 a BE při respirační alkalóze (Vrzgula et. al., 1990) kompenzovaná
částečně komp.
nekompenzovaná
pH krve
v normě
mimo normu
zvýšené
pCO2
snížený
snížený
snížený
BE
snížený
snížený
normální
Příčiny vzniku: -
primární zvýšená ventilace alveol
-
dráždění dýchacího centra
-
otrava amoniakem
-
při stresech
-
encefalitis (HOFÍREK, 1978)
- 27 -
Tab. 6 Souhrnná tabulka (Hofírek, 1978) nález v
acidóza
alkalóza
krvi metabolická
respirační
metabolická
respirační
pH
↓
(n)
↓
(n)
↑
(n)
↑
(n)
SB
↓
(↓)
n
(↑)
↑
(↑)
n
(↓)
BE
↓
(↓)
n
(↑)
↑
(↑)
n
(↓)
pCO2
n
(↓)
↑
(↑)
n
(↑)
↓
(↓)
↑ zvýšená hodnota, ↓ snížená hodnota, ( ) kompenzovaný stav, bez závorky – dekompenzovaný stav, n – normální hodnota
2.7.5 Výskyt minerálních látek při poruchách ABR
Metabolismus minerálních látek je neopomenutelnou součástí při hodnocení metabolických poruch u skotu. Minerální látky mají mnohostrannou funkci, zasahují do regulačních mechanismů v organismu. Vápník se vyskytuje ve všech buňkách a tkáních, účastní se tvorby skeletu, srážení krve, neuromuskulární dráždivosti, kontraktility svalů a je nezbytný pro tvorbu mléka. Při metabolické acidóze dochází k hypokalcémii. Subklinická hypokalcemie způsobuje zvýšení inseminačního intervalu a servis periodu a zhoršuje zabřezávání. Při metabolické acidóze probíhá zvýšené vylučování vápníku. Fosfor je obsažen ve všech buňkách a tkáních, jako součást fosfolipidů má stavební funkci v buněčných membránách. Je nezbytný pro přenos energie, detoxikační činnost a acidobazickou rovnováhu. Hypofosfatemie vzniká mimo jiné při alkalóze. U skotu vyvolává infertilitu, která se projevuje nepravidelnými říjovými cykly, nízkým zabřezáváním, subestrem až anestrem. Hyperfosfatemie vzniká také při metabolické acidóze. Močí se vylučuje jen malé množství fosforu, ke zvýšenému vylučování dochází při metabolické acidóze. Hořčík je koenzymem mnoha enzymů, zásoba v organismu je poměrně malá, nedostatek v příjmu krmivem se rychle odráží ve snížení hladiny hořčíku v krvi a moči. K mírnému zvýšení dochází při porodní paréze a metabolické acidóze.
- 28 -
K výchylkám sodíku dochází jen při velmi výrazných disbalancích, nepatrné změny vznikají při poruchách acidobazické rovnováhy, pokles při metabolické acidóze, vzestup při alkalóze. Draslík je intraceluární kationt. Hyperkalemie vzniká při metabolické acidóze, hypoglykemii, zvýšeném příjmu K v dietě a při hemolýze. Hypokalemie se vyskytuje při metabolické alkalóze. (MATĚJÍČEK, 2004)
2.8 Kompenzační reakce u acidobazických poruch Zatímco pufrové reakce probíhají okamžitě nebo nejvýše v průběhu několika minut, navazující kompenzační reakce, jejichž cílem je obnovit změněné pH krve, se vyvíjejí pomaleji. Jejich hlavní odlišností je však skutečnost, že zahrnují činnost systémů, které nebyly primárně ovlivněny. Kompenzace primárně metabolických poruch se děje hlavně pomocí změn respirace, kompenzace respiračních poruch pak změnami metabolickými. Probíhá to v zásadě podle rovnice Hendersonovy – Hasselbachovy: Pokles metabolické komponenty (metabolická acidóza) je kompenzován poklesem respirační komponenty (pokles pCO2), tj. zvýšením plicní ventilace, tedy vlastně respirační alkalózou. Růst metabolické komponenty (metabolická alkalóza) je kompenzován růstem respirační komponenty (růstem pCO2), tedy hypoventilací neboli respirační acidózou. Primární růst respirační složky je kompenzován růstem metabolické složky, což vede ke kompenzační úpravě pH. Respirační acidóza se kompenzuje vývojem metabolické alkalózy, spočívající hlavně v retenci a regeneraci bikarbonátů. Primární pokles respirační složky (respirační alkalóza) se kompenzuje poklesem metabolické složky, tedy vývojem metabolické acidózy, spočívající ve zvýšené eliminaci bází (bikarbonátu). Dlouhotrvající metabolická acidóza je provázena kompenzační respirační alkalózou, dlouhotrvající respirační alkalóza je provázena kompenzační metabolickou acidózou (HŘEBÍČEK, 1999). Situaci ještě komplikuje skutečnost, že mohou existovat smíšené poruchy acidobazické rovnováhy, tj. nezávisle se rozvíjející dvě primární poruchy, které mohou být ještě dále komplikovány rozvíjejícími se kompenzačními jevy každé z obou primárních poruch. Např. metabolická acidóza může být kombinována postižením
- 29 -
respirační funkce a respirační acidózou, kompenzace žádné z nich pak není možná. Nebo respirační acidóza může být provázena nezávisle vzniklou metabolickou alkalózou, pH se při tom může pohybovat blízko normálních hodnot, neboť obě poruchy se navzájem z hlediska pH ruší. Rozlišujeme různé stupně kompenzace: -
nekompenzovaný stav
-
částečně kompenzovaný stav, kdy pH se plně neobnovuje, ale
kompenzační jevy jsou přítomny -
plná kompenzace: pH se obnovuje ve fyziologickém rozsahu
Na rozdíl od úplné kompenzace (obnovení normálního pH) znamená maximální kompenzace maximální využití fyziologického potenciálu dané kompenzační funkce, bez ohledu na to, zda se pH obnoví ve fyziologické hodnotě nebo ne. Je-li např. metabolická acidóza velmi výrazná (chybí např. 20 mmol bází na 1 litr krve, BE – base excess = -20), nemůže ani maximálně dosažitelné zvýšení plicní ventilace, které sníží parciální tlak CO2 na hodnotu i pod 2,0 kPa (více než o 50 %), vést k úplné kompenzaci pH.
2.9 Změny složek ABR při různých zásazích Na ABR působí celá řada faktorů, které mohou její složky posunout či úplně změnit, např. teplota, anestezie, operační výkony, léky apod.
2.9.1 Vliv léčiv na změny ABR
Je všeobecně známo, že i léčiva zasahují do regulace ABR buď svým nežádoucím účinkem při terapii, nebo svým toxickým účinkem při předávkování či otravách. Právě v souvislosti s předávkováním léčiv rozdělili HOLUB a ŠVEC (1985) vznik poruch acidobazického stavu na tři hlavní oblasti: -
Léčiva samotná mohou měnit pH krve a ABR, což se odráží v průběhu
chorobného procesu a léčení. Např. předávkování salicyláty vede přes respirační alkalózu k metabolické acidóze. Další látky ovlivňující ABR jsou diuretika, anodyna, celková anestetika a nadměrné užívání bikarbonátu sodného.
- 30 -
-
Některé choroby vedou ke změně ABR, např. při diabetu jde o
komplexní metabolickou poruchu sacharidů, lipidů a proteinů, což může vést ke ketonemii a diabetické ketoacidóze, příp. komatu. -
Kombinace předcházejících faktorů. Metabolické poruchy acidobáze vyvolávají léčiva, která ovlivňují rychlost
vylučování HCO3- a H+ ledvinami nebo zvyšují endogenní produkci kyselin. Např. inhibitor karboanhydrózy – diuretikum acetazolamid blokuje v ledvinných tubulech tvorbu H2CO3, v důsledku čehož se zvyšuje vylučování NaHCO3 močí a H+ ionty zůstávají v organismu, proto dochází k vývoji metabolické acidózy. Na druhé straně diuretika tiazidová, furosamid a kyselina ethakrynová zvyšují vylučování K+ a Cl- iontů, následkem čehož dochází k relativnímu zvýšení koncentrace HCO3-
v extracelulární
tekutině
a
vyvíjí
se
hypochloremická
alkalóza
(QUINTANILLA, 1976). Dále můžeme léčiva posuzovat z hlediska změn ABR, a to podle toho, jaký typ poruchy vyvolávají anebo podle pravděpodobného mechanismu účinku léčiva. Na vzniku respirační acidózy, jejíž primární příčinou je útlum dechového centra, se podílí například některá z celkových anestetik jako je halotan, barbiturát thiopental, z neuroleptik chlorprenazin, z anxiolytik diazepan, z anodyn morfin. Naopak respirační alkalózu mohou vyvolat stimulací dechového centra např. centrální analeptika, psychostimulancia a antipyretika. Metabolická acidóza vyvolaná zvýšenou anaerobní glykolýzou, vedoucí k akumulaci kyseliny mléčné, se může projevit u perorálních antidiabetik a sympatemimatik (HOLUB, ŠVEC, 1985).
2.9.2 Efekt stresu při dopravě na ABR skotu
Tato studie byla provedena na skupině devatenácti dvouletých býků. Ti byli rozděleni do 3 skupin: 1)
kontrolní skupina, potrava a voda ad libitum, 8 kusů
2)
bez transportu, 60 hod. nedostali potravu ani vodu, 6 kusů
3)
transportovaná skupina, 12 hod. nedostali vodu a potravu, poté je
nakrmili a vezli je 48 hod., 5 kusů. Na konci transportu byly změřeny krevní plyny, elektrolyty, laktát, celkový protein, albumin, nedostatek aniontů, silná změna iontů a celkové slabé kyseliny. pH - 31 -
žilní krve se nelišilo v žádné ze skupin. pCO2 se snížil u těch, kteří měli nedostatek vody a potravy v porovnání s kontrolní skupinou (P = 0,023). Celkové bílkoviny v plazmě, albumin a celková koncentrace slabých kyselin byla větší u transportovaných (P = 0,001, P = 0,03, P = 0,01) a těch, kteří neměli vodu a potravu (P = 0,001, P = 0,003, P = 0,001) v porovnání s kontrolní skupinou. Transportovaná zvířata měla nižší koncentraci K+ v plazmě (P = 0,026) v porovnání s kontrolní skupinou. Ačkoli pH zůstalo stejné, tak zvířata transportovaná a bez potravy měla slabou metabolickou acidózu způsobenou zvýšením plazmových bílkovin, což může být následek poklesu vody v těle. Ztráta elektrolytů měla malý efekt na ABR reakci u zvířat. Zvířata si po 48 hod. transportu zachovají ABR v normálu, zvýšení plazmového albuminu byl jen následek dehydratace. Z toho plyne, že doplnění elektrolytů nepomůže efektivněji snížit faktor stresu, stačí dát zvířatům vodu (COLEMAN et, al., 2003).
2.9.3 Vliv příjmu kationtů a aniontů a zdroje kationtů na produkci a ABR krav Efekt zdroje Na+ a K+ na potravinovou rovnováhu: Na+ + K+ - Cl- / kg potravy. Teplota kravského těla vzrostla, ale nemělo to vliv na ABR. Efekt Na+ + K+ Cl- neměl vliv na produkci mléka, ale měl vliv na přibírání na váze. Větší příjem iontů způsobil, že hodnoty acidobazické rovnováhy byly vyšší. Vyšší pH a zvýšený obsah HCO3- ukazuje, že krev má vyšší schopnost srovnat hladinu. Změny v pH moči odpovídaly tomu, jak se měnily anionty a kationty v krvi (HAYDON et. al., 1992).
- 32 -
3. MATERIÁL A METODIKA Cílem bakalářské práce je vypracovat literární přehled na zadané téma a nastínit metodiku stanovení acidobazické rovnováhy krve různých věkových kategorií vykrmovaných jalovic. Tyto poznatky napomohou k bližšímu poznání potřeb zvířat v jednotlivých etapách jejich produkčního života, optimalizaci a zdokonalení zootechnických, zoohygienických a výživářských opatření, která jsou nutná k vytvoření prostředí ekonomicky efektivní produkce hovězího masa.
3.1 Sestavení sledovaných skupin zvířat Sledování bude realizováno na pracovišti VÚCHS Rapotín. Do pokusu bude zařazeno 12 telat jalovic kříženců masných plemen. Tato telata budou vybírána ze zvířat narozených v průběhu měsíce dubna v rozpětí jednoho až dvou týdnů, tak aby věkový rozdíl mezi jednotlivými kusy byl co nejmenší. Do 6 – 7 měsíců věku zůstávají telata s matkou na pastvě a následně jsou odstavena. Na počátku, v průběhu a na konci výkrmu bude provedena analýza vzorků krmiva na stanovení obsahu normovaných živin v krmné dávce. V průběhu celého sledovaného období budou sledovány zoohygienické parametry stájového prostředí a prováděna kontrola zdravotního stavu zvířat. Ve 22 - 24 měsících budou sledovaná zvířata poražena, zjišťovány a vyhodnoceny parametry masné užitkovosti.
3.2 Odběr vzorků krve Odběr krve pro stanovení ukazatelů acidobazické rovnováhy bude prováděn do heparinizovaných injekčních stříkaček za anaerobních podmínek. Ihned po odběru budou injekční stříkačky uskladněny v termosce s ledovou tříští a v co nejkratší době analyzovány na přístroji OPTI AVL Critical Care Analyzer. Odběry krve budou probíhat v pravidelných měsíčních intervalech od odstavu do porážky.
- 33 -
3.3 Analytické zpracování vzorků Parametry ABR krve jsou vybírány na základě jejich vztahu ke změnám probíhajícím v průběhu postnatálního vývoje a růstu jednotlivých zvířat. Vzorky krve budou vyšetřeny na hodnotu pH, parciální tlak CO2 – pCO2, parciální tlak O2 – pO2, přebytek bazí – BE a standardní bikarbonát – SB.
3.4 Statistické vyhodnocení získaných výsledků Získaná data budou zpracována a seřazena za pomocí výpočetní techniky použitím programu MS Office Excel. Pro vyhodnocení výsledků budou vypočteny tyto základní souhrnné charakteristiky: aritmetický průměr (x) a směrodatná odchylka (sx). Sledování statistických rozdílů mezi jednotlivými věkovými kategoriemi bude provedeno při použití statistického software Statistica 6.0 (StatSoft Inc., Tulsa, USA) analýzou variance při opakovaných měřeních a s následným testováním pomocí Fisherova LSD testu. Změny přírůstku živé hmotnosti a věku ve vztahu k vybraným parametrům ABR budou v období výkrmu vyhodnoceny regresní a korelační analýzou.
- 34 -
4. SEZNAM TABULEK Tab. 1 Podíl jednotlivých nárazníkových systémů v organismu Tab. 2 Stav pCO2 a pH krve při metabolické acidóze Tab. 3 Stav pCO2, pH a BE krve při metabolické alkalóze Tab. 4 Stav pH krve, SBC a pCO2 při respirační acidóze Tab. 5 Stav pH krve, pCO2 a BE při respirační alkalóze Tab. 6 Souhrnná tabulka
5. POUŽITÉ ZKRATKY AB
aktuální hydrogenkarbonáty
ABR
acidobazická rovnováha
BB
úhrnná koncentrace nárazníkových bazí v krvi
BE
výchylka nárazníkových bazí
(cH+)
koncentrace vodíkových iontů
(aH+)
aktivita vodíkových iontů
ECT
extracelulární tekutina
Hb
hemoglobin
ICT
intracelulární tekutina
IST
intersticiální tekutina
Konc.
koncentrace
NBB
normální nárazníkové baze
pCO2
parciální tlak oxidu uhličitého (přepočet na kPa násobením 0,133)
pO2
parciální tlak kyslíku (přepočet na kPa násobením 0,133)
SB
standardní hydrogenkarbonáty
- 35 -
6. POUŽITÁ LITERATURA ALEKSEJEV, O. V. Mikrocirkuljatornyj gomeostaz. In: Gomeostaz, od. Gorizontov. Medicina, Moskva 1976, s. 278 BOĎA, K. et al. Patologická fyziológia hospodárskych zvierat. Príroda, Bartislava 1990, s. 503 BREWIN E. G., Gould R. P., Neehat F. S., Neil E. An Investigation of probleme of Acid – base Equilibrium in Hypothermis. J. Res. Nation. Bur. St. A. Physiol. and Chemistry 66A, 1955, s. 179 BRODAN V., BRODANOVÁ N. Poruchy vodního elektrolytového a acidobazického stavu. Praktický lékař, příloha, 57, 1977, s. 568 BURTON G. W. Effect of the acid – base state upon the temperaturo coefficient of pH of blood. Brit. J. Anesth., 37, 1965, s. 89 - 102 CANNON W. S. The Wisdom of the body. Norton, 1932, cit. Ganong W. F., Avicenum, Praha 1976 COLEMAN C. J., FITZPATRICK L. A., HAMLIN G. P., PARKER A. J. Quantitative analysis of acid-base balance in Bos indicus steers subjected to transportation of long duration. American Society of Animal Science, 2003, s. 1434 FELDMAN S. A. The Significance of acid – base balance. In: Scientific foundatione of anesthesis. Ed. C. Scurr, S. Feldman, London, William Heinemann 1974, s. 397 – 401 HASSELBALCH K. A. Die Berechnung der Wasserstoffzahl des Blutes aus der freien und gebundenen Kohlensäuren desselben und die Sauerstoffbindung des Blutes als Funktion der Wasserstoffzahl. Biochem. Z. 73, 1916, s. 112 HAYDON K. D., MULLINIX B. G., SANDIFER T. G., WEST J. W. Dietary CationAnion Balance and Cation Source Effects on Production and Acid-Base Status of Heat-Stressed Cows. Department of Animal Science University of Georgia, 1992, s. 2776 HOFÍREK B. Diagnostika a prevence chorob zvířat, pro posluchače oboru veterinární lékařství – hygiena potravin. Ediční středisko Vysoké školy veterinární v Brně, 1978, s. 59 - 64 HOLUB A. Fyziologie hospodářských zvířat II. Vysoká škola zemědělská v Brně 1970, s. 354
- 36 -
HOLUB P., ŠVEC P., INCINGER F. Nový pohled na poruchy ABR, Farmaceutický obzor 1, 54, 1985, s. 1 – 3 HŘEBÍČEK J. Patogeneze poruch acidobazické rovnováhy. Olomouc, vydavatelství University Palackého, 1999, s. 45 KLABUSAY L. Vybrané kapitoly z diagnostiky a léčby závažných stavů ve vnitřním lékařství. Praha, Avicenum 1987, s. 342 MVDr. Ing. MATĚJÍČEK M. Informační magazín VVS Verměřovice,Využití metabolických testů k hodnocení výživy u skotu, VVS Verměřovice s.r.o, Dostupné na Internetu:
NEJEDLÝ B. Vnitřní prostředí, klinická biochemie a praxe, Praha, Avicenum 1980, s. 587 NEMES C., NIEMER M., NOACK G. Datenbuch Anästhesiologie. Gustav Fischer Verlag. Stuttgart, N. York, 1985, s. 580 QUINTANILLA A. P. Acute acid – base diserdere. Postgrad. Mad. 60, 1976, s. 68 – 83 ROOTH M. Acid – base and electrolyte balance. Year book publish Inc., Chicago, 1975 ROSENTHAL T. B. The effect of temperature on pH of blood in vitro. J. biol. Chem. 173, 1948, s. 25 SEVERINGHAUS J. W., STUPFEL M., BRADLEY A. F. Variation of serum carbonic acid pk with pH and temperature. J. appl. Physiol. 9, 1956, s. 197 SLANINA L. et al. Klinická propedeutika a diagnostika vnútorných chorob hospodárských zvierat. Príroda Bratislava, 1975, s. 581 SYKES M. K. The determination of pH. In: Scientific foundatione of anesthesis. Ed. C. Scurr. S. Feldman, London, William Heinemann 1974 VRZGULA L., et al. Poruchy látkového metabolismu hospodárskych zvierat a ich prevencia. Príroda Bratislava 1990, s. 503 WINTERS R. W., ENGEL K., DELL R. B. Acid base physiology in medicine. A self – instruction Program, second printing. Radiometer A/S of Copenhagen, 1967, s. 68 ZILBER A. P. Klinická fyziologie pro anesteziology. Avicenum, Praha 1984, s. 357
- 37 -
