V. Acidobazická rovnováha

Termíny

pH – záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů.

Kyselina – látka, která je schopná uvolňovat vodík.

Zásada – Baze je látka, která je schopna vázat vodík a při jejímž nadbytku v krvi vzniká alkalémie.

pufry – nárazníky jsou soustavy látek, které brání změně pH roztoku po přidání kyseliny nebo zásady. Jsou tvořeny konjugovaným párem -slabá kyselina a její sůl se silnou zásadou, nebo slabou zásadou a její solí se silnou kyselinou.

Acidémie – snížené pH v krvi.

Acidóza – proces vedoucí k acidémii.

Metabolická acidóza – změna ABR způsobená poruchou ledvin nebo nadměrnou tvorbou kyselin v metabolismu.

Laktátová acidóza – acidóza způsobená nadprodukcí laktátu (kyseliny mléčné) při nedostatečném přívodu kyslíku.

Alkalémie – zvýšené pH v krvi.

Alkalóza – proces vedoucí k alkalémii.

Respirační acidóza a alkalóza – změna ABR způsobená poruchou respiračního sytému.

Ketolátky – katabolity vzniklé při beta oxidaci mastných kyselin. Zejména aceton, kyselina beta hydroxymáselná, kys. alfa ketoglutarová.

Ketogeneze – metabolismus vedoucí ke vzniku ketolátek. Je spouštěn při změně poměru glukagon / inzulin, jesliže je sekrece inzulinu snížená nebo nulová. Vzniká nejčastěji při diabetes mellitus (DM) I. typu a prostém (adaptované) hladovění.

Kompenzace acidobazické rovnováhy (ABR) – je změna aktivity respirace nebo vylučování vodíkového nebo bikarbonátového iontu ve snaze kompenzovat vzniklou poruchu. Kompenzace respiračních poruch ABR je možná jen ledvinami. Kompenzace poruch metabolických, pokud vznikly onemocněním ledvin, je možná jen respirací.

2. Acidobazická rovnováha a její udržování

Přes 70% hospitalizovaných pacientů má nějakou poruchu acidobazické rovnováhy. Porucha acidobazické rovnováhy je stav, při kterém se mění celé vnitřní prostředí. Změny pH vedou ke změnám koncentrace iontů (např. přestup draslíku přes buněčnou mebránu), mění aktivitu některých enzymů a funkci orgánů (plíce, ledviny, játra, kosti). Kromě toho vedou ke změnám dráždivosti CNS, protože H+ moduluje aktivitu glumátového receptoru.

Příčinou změn bývá porucha funkce orgánů, které se podílejí na kompenzaci změn ABR (plíce a ledviny). Kromě toho mohou v těle za určitých okolností vznikat kyseliny (laktát, ketolátky), nebo se mění iontové složení plazmy (zvýšené vylučování HCO3ledvinami, retence nebo ztráty sodíku či chloru), což také vede ke změně ABR.

Koncentrace H+ je v krvi velmi nízká, asi 40 nmol/l. Většinou se neužívá vyjadřování koncentrace vodíkových iontů v nmol/l, ale v jednotkách pH.  pH je definováno jako záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů. Vzhledem k tomu, že se jedná o logaritmický vztah, odpovídá malá změna pH velké změně v koncentraci iontů. Snížení koncentrace H+ ze standartní koncentrace na polovinu změní pH o relativně malou hodnotu a je to hodnota stále slučitelná se životem.

Tab. V.1 Srovnání hodnot koncentrace vodíkových iontů v plazmě a pH krve.
[H+] mmol/L pH
20 7.6
30 7.5
40 7.4
50 7.3
60 7.2

Normální pH v arteriální krvi u dospělých je 7,4 ± 0,04. pH pod 7,36 označujeme jako acidémii, nad 7,44 jako alkalémii.

2.1 Udržování pH

Udržování pH v tělních tekutinách napomáhají:

Pufry (nárazníky, nárazníkové reakce)

Pufr (z německého Puffer, „nárazník“) je směs roztoků slabé kyseliny nebo zásady s jejich solí se silnou zásadou nebo kyselinou, která je v rovnováze a je schopná udržovat v jistém rozmezí stabilní pH po přidání silné kyseliny či zásady. Nárazníkové systémy v krvi reagují na změnu pH bezprostředně, během sekund.

hydrogenuhličitanový (bikarbonátový)

bílkoviny plazmy

hemoglobin

fosfáty (větší význam mají intracelulárně).

Kompenzační systémy (kompenzační reakce)

Plíce: zasahují během okamžiku v rámci desítek sekund až minuty na podnět z periferních chemoreceptorů v glomus aorticum. Vzniklá hyperventilace nebo hypoventilace vede ke změně vylučování CO2, čímž se změní koncentrace volatilní (vydýchatelné) kyselé složky ABR. Plíce nemohou změnu pH vykompenzovat úplně. Při srovnání pH na normu se sice podnět pro kompenzační reakci zruší, ale děj, který ke změně vedl, pokračuje a změnu pH znovu vytvoří. Ventilace se tak musí opět zvýšit nebo snížit.

Ledviny: reagují během několika dní. Denně tvoří za fyziologických podmínek přibližně 1 mmol nového HCO3 na kilogram tělesné váhy. Tvorba se zvyšuje při zvýšené nabídce fosfátů nebo glutaminu (glutamin vzniká v játrech při acidóze jako vedlejší produkt při snížení uraegenezy – viz dál). Kromě toho ledviny vylučují nebo retinují podle potřeby H+, HCO3, případně jiné kyseliny (tzv. nevolatilní – netěkavé). Dokážou vykompenzovat pH na normu. Zasahují většinou při respiračních příčinách změn ABR a nadbytečné tvorbě kyselin v organismu z metabolických příčin, např. laktátu při ischemii a ketokyselin při hladovění a diabetu mellitu typu I. .

Dále přispívají k udržování extracelulárního pH

Buňky: jak již bylo vysvětleno v kapitole o draslíku, K+ a H+ ionty spolu úzce souvisejí: při acidóze vstupují ionty H+ po koncentračním gradientu do buněk a K + ionty buňku opouštějí, čímž je zachován elektrochemický gradient. Do buňky přibyl pozitivní náboj, buňka se ho proto kvůli rovnováze zbavuje. Při alkalóze naopak vystupuje z buňky iont vodíku po koncentračním gradientu a draselné ionty vstupují po elektrochemickém gradientu do buňky.

Obr. 1. Výměna K+ a H+ iontů s buňkou při změně ABR v extracelulárním prostředí

Játra: pH krve ovlivňuje v játrech děje, které mění produkci H+ . Intenzita tvorby H+ závisí na enzymu ureagenezy (karbamylfosfátsyntetáze), jehož aktivita je závislá na pH prostředí. Při alkalóze se aktivita zvyšuje, tím se zvýší tvorba močoviny z amoniaku (degradační produkt aminokyselin) a vzniká větší množství vodíkových iontů. Při acidóze se aktivita enzymu i produkce močoviny  a H+ sníží. Uniklý amoniak se přeměňuje na glutamin a dostává se krví do ledvin, kde se štěpí a přeměňuje na NH4. Oxidace uhlíkatých zbytků aminokyselin v játrech musí použít H+ z jiných zdrojů a proto má tento děj alkalizační účinky.

kosti: při chronické acidóze vstupuje iont vodíku do kosti výměnou za Na+ a jiné ionty. Mění se tím ovšem metabolismus kostí a způsobuje jejich poškození (např. renální osteopatie při chronickém selhání ledvin).

Poruchy acidobazické rovnováhy

Při změnách pH nebo hodnot bikarbonátového systému v plazmě mluvíme o poruchách ABR. Změna acidobazické rovnováhy je výrazem porušené homeostázy organismu. Základní poruchy ABR jsou respirační a metabolická acidóza a metabolická a respirační alkalóza. Acidóza v organismu vzniká daleko častěji a snadněji, organismus je i vybaven dokonalejšími mechanismy její kompenzace či korekce.

3.1 Určování druhů poruch ABR

Všechny nárazníkové systémy v organismu jsou v rovnováze a proto lze acidobazickou situaci popsat rozborem jednoho z nich. Pro jednoduchý zisk informací k tomu slouží bikarbonátový systém, v rámci klinické praxe se rutinně užívá vyšetření ASTRUP. Pro zjišťování stavu ABR se u pacienta měří a počítají níže uvedené hodnoty.

Tab. V.2. Měřené a počítané hodnoty při hodnocení ABR
Měřené hodnoty Norma Poznámky
pH 7,4 ± 0,04
pCO2 5,33 ± 0,5 kPa (40 mmHg)
[HCO3] 24 mmol/l
pO2 13,5 kPa (100 mmHg) Při snížení hrozí vznik laktátové acidózy
BE ± 2,5 mmol/l Base Excess (rozdíl bazí)
Počítané hodnoty Norma Výpočet
BBs 42 ± 2 mmol/l Buffer Base (nárazníkové baze séra):  BBs = (Na+ + K+) – Cl
AGAP 12 ± 4 mmol/l Anion Gap (aniontová mezera):

AGAP = (Na+ + K+) – (Cl – HCO3)

    Komentář k tabulce:

BE (base excess, rozdíl bazí – přebytek nebo deficit) v mmol/l udává o kolik je v 1 litru plné a plně okysličené krve, při 37°C, při pCO2 5.35 kPa více bazí než má být, aby pH této krve bylo 7,4.

BBs Buffer Base (nárazníkové baze séra)  – součet všech nárazníkových bazí (bikarbonáty, hemoglobin, proteiny).

AGAP  (anion gap) = aniontová mezera: počet kationtů a aniontů má být v ECT v rovnováze, normální deficit iontů je vyplněný jinými anionty (např. bílkovinami – viz obr.5.2). Zvýšená hodnota AGAP svědčí o přítomnosti metabolické složky acidózy (ketolátek, laktátu atd.)

pO2  sám o sobě není přímo údajem o ABR, ale jeho hodnota má pro posuzování poruch acidobazické rovnováhy velký význam. Při sníženém pO2 může vznikat metabolická laktátová acidóza.

Obr. V.2 Výpočet nárazníkových bazí (BBs) a aniontové mezery  (Anion gap- AGAP)

Hendersonova-Hasselbalchova rovnice popisuje výpočet pH ze známé koncentrace bikarbonátu (sůl) a kyseliny uhličité v systému bikarbonátového pufru:

pH   =  pKkys.uhlič  +  log [HCO3]  =  6.1  +  log [HCO3]
———— ———-
[H2CO3] [H2CO3]

Zjednodušením dojdeme ke tvaru:

pH = [HCO3] / pCO2

ze kterého vyplývá, že pH plazmy závisí na koncentraci bikarbonátových iontů a na parciálním tlaku oxidu uhličitého.

Koncentrace bikarbonátových iontů [HCO3]: Bikarbonátový aniont  je baze (zásada) a je tzv. metabolickou složkou rovnice, dá se vyloučit jenom ledvinami. Její změna ve směru změny pH určuje metabolickou poruchu ABR. To znamená, že zvýšení HCO3při vysokém pH je známkou metabolické příčiny poruchy, při nízkém pH je známkou kompenzace respirační  poruchy.

Parciální tlak oxidu uhličitého je v přímém poměru k H2CO3.  CO2 má kyselý charakter a může se vyloučit plícemi. Je tedy respirační složkou rovnice. Jestliže je pCO2 vyšší při nízkém pH, jedná se o respirační acidózu. Při metabolické acidóze by se pCO2 kompenzačně snížilo vydýcháním.

Pomocí změřených hodnot pH, [HCO3] a pCO2 se dá odhadnout typ změny ABR, která u pacienta vznikla.

Změna ABR v důsledku změny koncentrace iontů. Na změnu acidobazické rovnováhy má vliv také změna koncentrace iontů v plazmě. Sloupec znázorňující výpočet A GAP (Obr. V.2) se dá využít i k představě o tom, jak se změní ABR po změně koncentrace některého z iontů.

3.2 Příčiny a důsledky poruch acidobazické rovnováhy

3.2.1 Acidóza

Acidóza je děj, který vede ke snížení pH plazmy pod 7,36. Z Henderson – Hasselbachovy rovnice vyplývá, že acidóza nastane tehdy, jestliže se zvýší koncentrace vodíkového kationtu, sníží se bikarbonáty, nebo se zvýší parciální tlak CO2. Acidóza tak může být metabolická (­ H+, ¯ [HCO3], změny koncentrace silných iontů, nebo respirační (­ pCO2).

Metabolická acidóza vzniká tehdy, jestliže se v organismu tvoří větší množství kyselin než obvykle, Jde například o ketokyseliny při hladovění nebo u diabetiků 1. typu, či laktát při anaerobní glykolýze. Tyto kyseliny zvyšují Anion gap, mluvíme o metabolické acidóze se zvýšeným anion gapem. Další příčinou může být porucha ledvin: snížené vylučování vodíku ledvinami nebo naopak zvýšené vylučování bikarbonátů. Zvýšit Anion gap může i chronické postižení ledvin retencí fosfátů a sulfátů. K metabolické acidóze může také přispět iontová dysbalance, například nadbytek chloridových iontů.

Metabolickou acidózu kompenzuje pacient respiračním systémem tak, že vydýchává oxid uhličitý, což je kyselá složka z Henderson Haselbachovy reakce. Pacient hyperventiluje (Kussmaulovo dýchání). Pokud není příčinou porucha ledvin, může pacient metabolickou acidózu korigovat retencí bikarbonátu a zvýšeným vylučováním vodíkových iontů do moči.

Respirační acidóza vzniká zvýšením paCO2. U zdravých osob se vyšší paCO2 nevyskytuje, protože je samo o sobě mocným stimulem k dýchání. Zadržením dechu se může paCO2  ze standartních 5,33 (40 mmHg) zvýšit maximálně na 6,7 kPa (50 mmHg). Příčinou respirační acidózy je většinou porucha ventilace. Respirační acidóza je vždy kompenzována ledvinami.

Obecnými příznaky acidózy je snížená dráždivost CNS, pasivita, spavost a případně i koma. Příčiny jsou dvě: posun pH na kyselou stranu uvolňuje vápenaté ionty v plazmě z vazby na bílkoviny, zvyšuje tak koncentraci aktivního extracelulárního vápníku a to zvyšuje stabilitu (snižuje dráždivost) buněčných membrán. Druhá příčina je ve vazbě vodíkových iontů při nadbytku na glutamátové (excitační) receptory v CNS a snížení jejich aktivity.

Tab. V.3: Acidóza metabolická a respirační

3.2.2 Alkalóza

Alkalóza vzniká v organizmu méně často než acidóza. Je to děj vedoucí ke zvýšení pH plazmy nad 7,44. Může mít opět dvě podoby, metabolickou a respirační.

Metabolická alkalóza vzniká nejčastěji zvýšenou ztrátou chloridů (bez ztrát sodíku) například zvracením, bývá součástí hyperaldosteronismu (s draslíkem se ve zvýšené míře vylučuje také vodík) a může vzniknout i při průjmech (například způsobených zvýšenou sekrecí VIP – Vazoaktivní Intestinální Peptid). Metabolická alkalóza je kompenzována respiračním systémem hypoventilací.

Respirační alkalóza vzniká vždy při hyperventilaci, protože se vydýchá CO2. Hyperventilace může nastat ve stresu, při dráždění dýchacích center např. některými léky jako je aspirin, při hysterickém záchvatu, ale i fyziologicky při volní hyperventilaci, při zvýšené námaze nebo ve vysoké nadmořské výšce. Respirační alkalóza může vznikat i při plicní embolii, kdy můžeme nalézt snížené pO2 z poruchy poměru ventilace / perfuze a snížené pCOz hyperventilace vzniklé aktivací stresové osy vyvolané bolestí.

Obecnými příznaky alkalózy je zvýšená dráždivost. Příčiny jsou opačné než u acidózy. Může se projevovat neklidem, agresivitou, bolestmi hlavy, zvracením, křečemi až komatem.

Tab. V.4 Alkalóza metabolická a respirační

3.2.3 Kombinované poruchy acidobazické rovnováhy

Poruchy ABR mohou vzniknout i z několika příčin najednou. Mluvíme pak o kombinovaných poruchách ABR. Kombinovat se mohou téměř všechny příčiny poruch ABR kromě poruch respiračních, kde acidóza je způsobena hypoventilací a alkalóza hyperventilací. Mohou se dokonce kombinovat i dvě různé příčiny metabolické acidózy (MAC) nebo alkalózy (MAL).

Kompenzační mechanismy nedovedou srovnat pH úplně k normě, vždy ji mohou jen zmírnit. Jestliže je tedy  pH normální a současně je změněný  pCO2  i  HCO3, jedná se o kombinovanou poruchu. Jestliže je kompenzační reakce neadekvátní změně pH, musí se také jednat o kombinovanou poruchu. Kompenzační změna jednoduché ABR poruchy má určitý rozsah a jestliže neodpovídá předpovězené (vypočítané hodnotě), jedná se o poruchu kombinovanou.

TAB V.4 „Zlatá pravidla“ pro výpočet  kombinovaných poruch ABR
Obr. V.5 Kombinované poruchy  ABR

Příklady kombinace:

MAC – MAC:  porucha vylučování u selhávajících ledvin a diabetická ketoacidóza

MAL – MAL: hyperaldosteronismus a průjmy způsobené VIPomem (nádorem produkujícím VIP)

RAC – MAC:  pneumotorax u diabetika s ketoacidózou

RAL – MAC: aspirin zvyšuje aktivitu dýchacích center, ale sám je chemicky kyselina, takže jeho nadměrná konzumace způsobuje kombinovanou poruchu ABR (respirační alkalózu a metabolickou acidózu).