VII. KESEIMBANGAN ASAM BASA Mohammad Hanafi, MBBS (Syd)., dr., MS. 1.Pendahuluan Untuk mempelajari keseimbangan asam basa, diperlukan pengertian tentang air, asam, basa dan mekanisme kompensasi tubuh untuk mempertahankan keseimbangan tersebut. Air terdiri merupakan komponen utama tubuh kita. Diperkirakan 55% tubuh kita terdiri dari air. Pelajari lagi kuliah yang ke 6 tentang metabolisme air. Hal lain mengenai air: dapat berionisasi biarpun kecil sekali, bersifat asam atau basa H2O + H2O H2O
H3O+ + OH- namun lebih sering ditulis sebagai
H+ + OH-
2.Pengertian tentang pH. Untuk mengetahui apa arti pH, maka perlu kita tinjau lagi tentang persamaan Henderson – Hasselbach. Air berdissosiasi, dan secara sederhana ditulis sebagai berikut: H2O
H+ + OH- HA
H+ + A-
K = dissosiasi konstan [ H+ ][ A- ]
[ HA] +
K = --------------
[ H ] = K -------[ A- ]
[ HA] [ HA] -log [ H+ ] = -log K -log -----[ A- ] [A-] pH = pK + log -----[HA]
Satu liter air (1000 gr) mengandung 1000/180= 55,56 mol. Kw = [K][ H2O] = [ H+ ][ OH- ] Kw = produk ion untuk air Pada temperatur 25o Kw = ( 10-7)2 = 10 -14 (mol/L)2 pH adalah logarithme negative dari konsentrasi ion H. Pada temperatur 25o air murni : pH = -log [ H+ ] = -log 10-7 = 7
Istilah-istilah yang lain. Asam, suatu senyawa sebagai donor proton dan basa adalah reseptor proton. Asam kuat (HCl, H2SO4), senyawa yang berdissosiasi sempurna menjadi anion dan kation, sehingga larutannya bersifat asam kuat. Asam lemah berdisosiasi sebagian (H2CO3). Basa kuat sama pengertiannya dengan asam kuat yaitu berdissodiasi sempurna (KOH). Basa lemah berdissosiasi sebagian (RCOOH). Dalam darah kita, terdapat keseimbangan asam karbonat bikarbonat yang sanga dominan, sehingga dapat menentukan pH darah kita. H2CO3 H+
+
•
pH = pKa + log [A-]/ [HA]
•
pH = pKa + log [HCO3-]/[H2CO3]
•
pKa H2CO3 = 6,1
•
pH plasma darah = 6,1 + log
HCO3-
= 6,1 + log 20/1 = 7,4 •
pH plasma darah = 7,4 (berkisar 7,35 – 7,45)
Asam dan konyugat basa HA
H+ + A-
R-NH3+ R-NH2 + H+ HA dan R-NH3+ adalah asam dan A- dan R-NH2 disebut konyugat basa, dapat pula menyebut A- dan R-NH2 basa dan HA dan R-NH3+ konyugat asam. Asam lemah
konyugat basa
pK (dissosiasi konstan)
H2CO3
HCO3 -
6,4
H2PO4 -
HPO4 2-
7,2
3.Sistem penyangga atau Buffer Untuk mengerti bagaimana Penyangga bekerja, perhatikanlah hal berikut! [A-]
Ingatlah bahwa:
pH = pK + log -----[HA] 3.1.Apabila [ A- ] = [ HA ] [ A-]
1
pH = pK + log ------ = pK + log -- = pK + 0 [HA]
1
pH = pK 3.2.Apabila perbandingan [ A- ] / [ HA] = 100 : 1
pH = pK + 2 3.3.Apabila perbandingan [ A- ] / [ HA] = 1 : 10 pH = pK – 1 Apabila diteruskan dengan bermacam angka misalnya antara 103 dan 10-3 , kemudian dibuat grafik antara pH dan pK hasilnya merupakan diagram mengenai titrasi suatu asam lemah oleh basa kuat seperti berikut:
mEq alkali ditambahkan per mEq asam
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 pK -3
pK -2
pK -1
pK 0
pK +1
pK +2
pK +3
Gambar : 2. Kurva titrasi dihitung dari persamaan Henderson-Hasselbalch
1
0,8
0,8
0,6
0,6
.
0,4
0,4
0,2
0,2
0
0 2
3
4
5
6
7
Perubahan netto
mEq alkali ditambahkan per mEq asam
1
8
pH
Gambar 3. Kurva titrasi tipe asam HA. Titik tebal ditengah menunjukkan pK, 5
Larutan asam lemah dan konyugat basanya atau basa lemah dan konyugat asamnya mempunyai sifat penyangga (buffer), artinya dapat mempertahankan pH lebih efektif bila dibanding air. Pada pH dekat dengan harga pK larutan buffer dapat mempertahankan pH lebih kuat.
Perhatikan Gambar 3, perubahan dari pH 4 ke 5 terjadi setelah penambahan 0,3 mg KOH, namun pada perubahan pH 3 menjadi pH 4 hanya dengan penambahan kurang dari 0,05 mg KOH. Dalam tubuh, sesnyawa sebagai buffer,
bikarbonat (HCO3 - )
orto fosfat HPO4 2-
protein
Senyawa tersebut dapat mempertahankan perubahan pH (keasaman) apabila ada penambahan suatu asam (H+ ). Dalam keadaan normal, konsentrasi ion hidrogen dalam darah kita yang dinyatakan dengan keasaman atau pH adalah sekitar 7,35 - 7,45 ( 7,4 ). Dalam darah ada juga asam karbonat (H2CO3). Asam karbonay [H2CO3] ditentukan oleh tekanan CO2 ( pCO2) di dalam alveoli (paru). Tekanan CO2 atau pCO2 (PACO2 alveoli biasanya sekitar 40 mm Hg kalau di dalam plasma darah sesuai dengan 1 mEq/L. Kadar Bikarbonat atau [HCO3 -] diatur oleh epitel tubulus ginjal, dan dalam keadaan normal terdapat sekitar 22 - 26 mEq/L. H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3Enzim yang terlibat : Carbonic unhydrase Unhidrase asam karbonat 4.Pembuangan hasil metabolisme Proses pembuangannya hasil metabolisme tergantung apakah dapat dimetabolisir sempurna menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) ataukah menjadi senyawa lain. Misalnya asam laktat, asetoasetat, asam oksalat dan lain-lain . CO2 akan membentuk asam karbonat dalam darah dan dibuang lewat paru sebagai CO2. Asam yang lain seperti asetoasetat, asam sulfat yang berasal dari oksidasi makanan yang mengandung sulfur akan dibuang lewat ginjal. Asam aseto asetat di dalam plasma akan berdissosiasi dan bereaksi dengan sistem buffer bikarbonat. Hidrogen ion (H+ ) dengan bikarbonat menjadi asam karbonat yang akan dibuang lewat paru, sedangkan ion asetoasetat akan dibuang lewat ginjal dengan mengikat Na+ atau K+. 5.Peran Paru dan Ginjal. CO2 dari jaringan diangkut ke paru.
Jaringan CO2 + H2O H2CO3
O2 HbO2
H2CO3
+ H Hb
-
Cl + H + HCO3
Sel eritrosit
-
Cl
-
HCO3
Dalam cairan interstisial sel, CO2 bereaksi dengan air menjadi asam karbonat (H2CO3). Asam karbonat masuk kedalam sel darah merah, berdissosiasi melepas ion hidrogen. Ion hidrogen bereaksi dengan hemoglobin dan mendesak O2 untuk dilepas. Oksigen masuk jaringan
Paru CO2 + H2O
O2 + H Hb
HbO2 H2CO3
H2CO3
-
Cl + H + HCO3
-
Cl
-
HCO3
Sel eritrosit
Di Paru, oksigen bereaksi dengan Hb dan mendesak ion hidrogen. Ion hudrogen bereaksi dengan bikarbonat menjadi asam karbonat. Asam karbonat meninggalkan sel eritrosit (sel darah merah), masuk paru. CO2 keluar melalui alveolus. Bikarbonat keluar masuk sel darah merah tergantung di jaringan apa, dan bertukar tempat dengan Cl- untuk menyamakan muatan. Dalam ginjal, di sel nephron.
Nephron
Lumen
CO2+ H2O H2CO3
+
H
+
Na+
+ HCO3+
H Na
Sel eritrosit
Cl -
Cl HCO3-
Fungsi ginjal terutama membuang kelebihan asam tubuh dalam bentuk ion hidrogen. Gambar di atas menunjukkan apa yang terjadi dalam proksimal konfulutet tubulus. Ion hidrogen (H+) keluar sel. Untuk menyamakan muatan Na+ masuk. Bikarbonat meninggalkan sel nephron masuk kedalam sel darah merah. Lumen
H2PO4 NH4
Nephron CO2+ H2O H2CO3 +
Na+
H + HCO3Na+
Sel eritrosit
Cl -
Cl HCO3-
NH3 NH3 +
NaH2PO4
H+
+
Na2HPO
Dalam distal konfulutet tubulus. Dalam gambar di atas ditunjukkan sekresi H+ dan NH3.
NH3 berasal dari reaksi Glutamin menjadi Glutamat. Glutamin + H2O
Glutamat
+ NH3
Glutaminase Amonia (NH3) bereaksi dengan air membentuk ammonium ( NH4OH NH4+
+ OH- )
Kelebihan asam tubuh dibuang oleh ginjal dalam bentuk H+ dan NH3 atau NH4+. Selain itu ginjal juga membentuk bikarbonat (HCO3-)yang dibawa ke jantung untuk disebarkan keseluruh tubuh. Ingat bikarbonat bersifat basa, karena dapat menerima H+. 6.Asidosis dan alkalosis Dalam keadaan normal, konsentrasi ion hidrogen [H+] dalam darah kita yang dinyatakan dengan keasaman atau pH adalah sekitar 7,35 - 7,45. Jadi tubuh kita agak sedikit alkali. Dalam tubuh kita banyak mengandung bikarbonat, fosfat dan protein, yg bersifat basa (dapat menerima H+). 6.1.Asidosis respiratori . Disebabkan karena kegagalan fungsi paru, untuk membuang CO2. Paru seolah-olah bernafas dengan uadara yang kaya CO2. Akibatnya tekanan CO2 paru (p CO2) meningkat. Penyebabnya, misalnya bronchopneumonia, depresi pusat pernafasan (misalnya keracunan morfin), hipoventilasi karena penyakit paru lainnya, karena penyakit jantung, penyakit otot dll. H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3Dalam paru CO2 akan dibuang, reaksi yang terjadi adalah ke kiri. Mekanisme Kompensasi: Tubuh berusaha mengembalikan pH kearah normal. Tubuh mempertahankan pH darah oleh sistem buffer (penyangga): bikarbonat, fosfat, protein. Asam karbonat yang masuk dalam darah yang berlebihan terutama dibuffer oleh Hb dan sistem buffer protein. Paru:dengan membuang CO2 atau meningkatkan kecepatan respirasi Tekanan CO2 (pCO2) alveolus yang meningkat akan merangsang pusat pernapasan dan menaikkan laju pernapasan (asal kelainan primer bukan pada pusat pernapasan) sehingga mempercepat pengeluaran CO2 lewat paru. Ginjal: dengan membuang H+, NH3 dan meningkatkan reabsorbsi HCO3-. Secara klinis bisa ditemukan : Keluar keringat yang berlebihan Sakit kepala Takhikardi (denyut jantung meningkat) Bingung Gelisah, seperti ketakutan (apprehension) Dalam pemeriksaan Laboratorium ditemukan: Retensi CO2 meningkat
pH < 7.35 ( N. 7.35 -7.45) HCO3- 28 mEq/L (N. 22 – 26 mEq/L) pACO2 > 45 mm Hg (N. 35 – 45 mmHg) (tekanan CO2 alveolus) 6.2.Alkalosis Respiratorik •
Primer kekurangan [H2CO3] pCO2
•
pH
•
Sebab:
Semua keadaan yang menyebabkan meningkatnya laju (rate) atau kedalaman (depth) pernapasan, atau keduanya. Misalnya demam , suhu luar yang tinggi, histeria yang menyebabkan hiperventilasi, hipoksia, dan keracunan salisilat Eliminasi CO2 yang berlebihan menurunkan [H2CO3] akibatnya ratio [HCO3-] / [H2CO3] meningkat dan akan menyebabkan pH meningkat. Mekanisme kompensasi: Terutama dilakukan oleh ginjal dengan cara: –
Ekresi H+ dihambat
–
pembentukan ammonia menurun
–
ekskresi HCO3- meningkat
Secara klinis akan ada gejala dan atau tanda: •
Pernafasan cepat dan dalam
•
Parastesi (terasa kesemutan)
•
Kepala terasa ringan (melayang)
•
Kontraksi otot tertentu (twitching)
•
Cemas
•
Rasa takut
Dalam laboratorium yang didapat: •
pH > 7.45
•
HCO3- < 24 mEq/L
•
PaCO2 < 35 mm Hg
6.3.Arterial Blood Gases (ABG) ABG : adalah pengukuran beberapa komponen darah arteri untuk mengetahui: 6.3.1.Oksigenasi darah melalui pertukaran gas di paru 6.3.2.Pembuangan CO2 melalui respirasi 6.3.3.Keseimbangan asam-basa cairan ektra seluler ABG: bisa membantu diagnoses dan monitoring pengobatan suatu keadaan atau penyakit: a.Kecepatan respirasi yg ↑ (tachypnea) b.Kesulitan bernafas (dyspnea)
c.Gelisah, cemas yg tdk diketahui penyebabnya pada pasien rawat inap e.Ngantuk atau bingung (confusion) pada penderita dgn O2 terapi. f.Prediksi resiko operasi g.Penderita dengan ventilator h.Monitor perkembangan penyakit kardio-pulmoner Beberapa istilah: PaO2 tekanan parsial Oksigen dlm arteri PaCO2 tek parsial CO2 dalam arteri Harga normal: pH 7.35 – 7.45 HCO3- 22 – 26 mEq/L PaCO2 35 – 45 mm Hg Base excess (BE): menunjukkan jumlah kelebihan atau jumlah kekurangan dari bikarbonat (HCO3- ) dalam sistem buffer (penyangga). Harga normal antara
- 2 dan + 2
Dapat dihitung dengan rumus: BE = 0.93 [HCO3- -24.4 + 14.8 (pH – 74)] atau = 0.93 x [HCO3-] + 13.77 x pH – 124.58 BE juga dinyatakan jumlah basa dalam mmol/L yang harus dibuang agar pH kembali normal dengan PCO2 dibuat 40 mm Hg. 6.4.Asidosis metabolik (metabolic acidosis) Asidosis metabolik terjadi apabila intake (makan) asam (selain asam karbonat) atau hasil metabolisme asam yang berlebihan. Ciri-ciri : pH rendah [HCO3 -] rendah dalam plasma. Penyebab: Keadaan fisiologis, olahraga berat akan menghasilkan asam laktat. Hipoksia dalam jaringan akibat "shock", Diabetes mellitus yang tidak terkontrol dapat menimbulkan ketoasidosis. Senyawa keton dalam tubuh : asetoasetat dan betahidroksi butirat) Kegagalan ginjal yang menyebabkan penurunan pembentukan bikarbonat oleh ginjal dan terjadinya penurunan sekresi [H+] dan [NH4+]. Bila kompensasi berjalan sempurna dikatakan asidosis metabolik terkompensasi sempurna. Namun apabila dengan kompensasi pH tetap <7,35 dikatakan terkompensasi sebagian. Mekanisme kompensasi: •
Sistem buffer: terutama oleh buffer bikarbonat/asam karbonat
•
Sistem pernafasan: pH yang turun merangsang Hiperventilasi agar ekskresi CO2 meningkat, ini dapat menurunkan kadar asam karbonat [H2CO3] sehingga agar ratio [HCO3-]/[H2CO3] kembali 20/1.
Mekanisme renal (asal bukan karena gagal ginjal) •
Ginjal berusaha mengembalikan komposisi elektrolit semula dan pH dengan cara ekskresi asam dan menahan basa –
ekskresi H+ meningkat
–
pembentukan ammonia meningkat
–
reabsorpsi HCO3- meningkat
6.5.Alkalosis metabolik. Penyebab: Muntah-muntah yang lama. Muntah menyebabkan kehilangan [H+] lambung (dalam bentuk HCl). Pemberian sodium bikorbonat misalnya obat mag yang berlebihan (jarang terjadi) Kehilangan K+ . Misalnya -pada Sindroma Cushing, pada aldosteronism, sesudah pemberian ACTH tau hormon-hormon adrenokortikal, dan pemberian diuretika. Mekanisme kompensasi:
Sistem buffer: terutama oleh buffer bikarbonat/asam karbonat
Sistem pernafasan: pH yang naik menekan pusat pernapasan, akan terjadi Hipoventilasi. Akan terjadi retensi CO2. Asam karbonat meningkat [H2CO3], ratio [HCO3-] / [H2CO3] menurun dan kembali 20/1.
Mekanisme renal ekskresi H+ dihambat pembentukan ammonia dihambat retensi HCO3- menurun (ekskresi ↑)
Tahapan mekanisme pertahanan tubuh untuk menyeimbangkan keasaman darah:
Ginjal merupakan pertahanan terakhir namun bisa lebih baik hasilnya. Beberapa contoh kasus: Dalam prakteknya, nilai atau harga yang kita temukan kadang-kadang tidak sejelas dalam teori.
Misalnya: Kasus dengan Respiratori asidosis khronik: Seoran pria berumur 73 tahun, emfisima (krn perokok berat) nafas agak susah memerlukan usaha, didapatkan: pH = 7.36 (normal 7.35 – 7.45) PaCO2 = 64 mmHg (N 35 – 45 mmHg) HCO3- = 35 mEq/L (N 22 – 26 mEq/L) Pria tersebut mengalami kompensasi sempurna. Respiratori asidosis akuta, mengalami kompensasi sebagian. pH = 7.30 PaCO2 = 55 mmHg HCO3- = 27 mEq Respiratori asidosis khronik gagal pernafasan. pH = 7.38 PaCO2 = 76 mmHg HCO3- = 42 mEq/L BE = +14 Respiratori asidosis akuta krn gagal pernafasan. pH = 7.26 PaCO2 = 56 HCO3- = 24 BE = -4 Respiratori alkalosis alveolar hiperventasi khronik pH = 7.44 PaCO2 = 24 mmHg HCO3- = 16 mEq/L BE = -6 Respiratori alkalosis akuta , pasien psikosomatik, pernafasan cepat, ada gangguan cara bicara pH = 7.36 PaCO2 = 23 HCO3- = 23 BE = 21 Teoritis (klasik) Asidosis respiratori pH < 7.35 (N 7.35 – 7.45) PaCO2 tinggi (N 35 – 45 mmHg) HCO3- tinggi (N 22 – 26 mEq/L)
Alkalosis respiratori pH > 7.45 PaCO2 rendah HCO3- rendah
Latihan soal: 1.Apa artinya pH H2O = 7 ? 2.Apabila HA dalam reaksi di bawah ini suatu asam, maka yang manakah disebut konyugat basa: HA
H+ + A-
3.Apakah buffer itu? 4.Sebutkan apa saja dalam darah yang bisa bertindak sebagai buffer! 5.Berapakah kadar Bikarbonat dalam darah yang norma? 6. H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3Enzim apakah yang terlibat dalam reaksi di atas? 7.Pada jaringan senyawa apa yang dapat melepas atau menggeser Oksigen dari Hemoglobin dalam sel darah merah? 8.Terangkan cara asam asetato asetat dibuang dari tubuh! 9.Terangkan cara tubuh untuk mengatasi atau mengurangi efek dari Respiratori asidosis! 10.Terangkan cara tubuh untuk mengatasi atau mengurangi efek dari metabolik asidosis! 11.Terangkan cara tubuh untuk mengatasi atau mengurangi efek dari metabolik alkalosis!
