1
Vzájemné vztahy mezi hospodařením vodou, elektrolyty a pH
Organismus představuje polootevřený systém, který komunikuje prostřednictvím vnitřního prostředí s
prostředím zevním. Tato komunikace spočívá v transportu a příjmu kyslíku, živin, minerálů a dalších
nezbytných látek, ve výdeji energie, CO2, H2O a dalších odpadních produktů. Vnitřní prostředí
umožňuje migraci buněk. Od zevního prostředí je odděleno kůží, sliznicemi a alveolární výstelkou.
Vnitřní prostředí má spoluúčast na zajištění stability objemu a průtoku tělesných tekutin, stability
osmolality a iontového složení, stability aktivity H+
a stability teploty. Sledování změn vnitřního
prostředí má význam pro včasnou diagnostiku chorobných stavů, sledování kritických stavů,
posuzování vhodnosti terapeutických postupů.
Průměrné rozložení vody v organismu*
CELKOVÁ TĚLESNÁ HMOTNOST
(CTH)
celková tělesná voda pevné látky
CTV 60 % 40 %
extracelulární tekutina intracelulární tekutina
ECT 20 % ICT 40 %
intravaskulární intersticiální
IVT 5 % IST 15 %
voda plazmy
*platí pro muže; u žen CTV kolem 55 %
Buňka
(ICT)
Zevní prostředí
Transcelulární tekutina
(mozkomíšní mok, kloubní
tekutina, tekutina v trávicím
ústrojí a v močových cestách)
Vnitřní prostředí
(ECT)
VODA IONTY
pH
VODA
pH
IONTY
2
CTV je rozdělena do těchto prostorů tělesných tekutin:
Intracelulární tekutina (ICT). Obecně se předpokládá, že tvoří 40% CTH, z toho asi množství
odpovídající 30 až 35% CTH je v měkkých tkáních, především svalů. Zbytek, tj. množství
odpovídající 8 až 10% CTH, je v pojivu, v chrupavkách a v kostech.
Extracelulární tekutina (ECT) tvoří 20% CTH. Její objem se u kriticky nemocných může velmi
rychle měnit. Dělí se na intersticiální a intravaskulární tekutinu.
Intersticiální tekutina (IST) tvoří 10 až 15% CTH. Zajišťuje výměnu látek mezi buňkou a zevním
prostředím. Buňky trpí při jejím nedostatku i nadbytku zhoršením této výměny. Iontové složení je
podobné jako v plazmě, s výjimkou malé koncentrace bílkovin a větší koncentrace Cl-
.
Intravazální tekutina (IVT). Plazma obsahuje vodu, představující 3,5­5% CTH.
Transcelulární tekutina. Patří k ní cerebrospinální mok, kloubní tekutina a tekutina v trávicím
ústrojí. Nelze ji počítat k žádné ze složek ECT (tj. ani k IST ani k IVT). Celkové množství zpravidla
nepřesahuje 500 ml, ale po jídle stoupá na 2 až 3 litry.
Tekutiny ve třetím prostoru. Vyskytují se jen za patologických situací, funkčně je nelze řadit ani k
ECT ani k ICT. Patří sem např. patologické hromadění tekutin při ileu, kdy se může v lumen střev
nahromadit 8 až 10 litrů tekutin. Při peritonitidě se může jednat o uložení 5 až 8 litrů tekutin v
peritoneu. Patří sem i traumatický edém nebo ascitická tekutina.
Bilance vody
Příjem (ml/den) Výdej (ml/den)
nápoje 1000­1500 (i více) moč 1000­1500
v potravě 600­1000 perspirace* 500­800
metabolismus 400­500 dech 400
stolice 50­100
pot 0­2000
* ztráty vody perspirací jsou závislé na tělesné teplotě
Faktory ovlivňující vodní bilanci
Faktory ovlivňující příjem Faktory ovlivňující výdej
infuze
parenterálně podávané léky
pocení
krvácení
zvracení, průjmy, odsávání žaludečního obsahu
polyurie
Při hodnocení vodní bilance je třeba sledovat i složení přijímaných a ztrácených tekutin (zvracení ­
ztráta H+
, infuze ­ složení roztoku atd.).
Kromě změn v příjmu a ztrátách vody, může docházet také k přesunům mezi tělesnými kompartmenty
(např. přesun vody z plazmy do intersticia při hypoproteinemii).
3
Rozložení látek v tělních tekutinách
Některé látky (např. ethanol nebo močovina) procházejí snadno všemi membránami a jsou
prokazatelné ve veškeré tělní tekutině. Naproti tomu většina iontů se nachází přednostně buď v
extracelulárním nebo intracelulárním prostředí. Na tomto rozdělení je bezprostředně závislá funkce
buněčných membrán, neuromuskulární dráždivost a další fyziologické procesy.Rozdíly v koncentraci
iontů mezi ICT a ECT jsou udržovány Donnanovou rovnováhou a aktivní činností iontových pump.
Rozložení aniontů a kationtů v plazmě a ICT
(složení intracelulární tekutiny je v jednotlivých tkáních odlišné, diagram uvádí její nejčastěji prezentované zastoupení iontů)
Iontové složení plazmy a intersticiální tekutiny je téměř shodné. IST představuje ultrafiltrát krevní
plazmy s minimem bílkovin. Aby byla i v IST zachována elektroneutralita v nepřítomnosti bílkovin,
musí se ustavit nová (tzv. Gibbsova-Donnanova) rovnováha. Proto je koncentrace aniontů (Cl-
,
HCO3
)
v IST vyšší než v plazmě a koncentrace Na+
naopak lehce nižší. Bílkoviny krevní plazmy
nemohou unikat ven z cévního řečiště a vážou na sebe určité množství vody. Tím se vytváří koloidně
osmotický (onkotický) tlak. Proti tomuto tlaku působí tlak krve, který je na počátku kapilárního
řečiště větší než onkotický tlak a naopak na konci kapilár je vyšší. To umožňuje, že na počátku
kapilárního řečiště tkáně dochází k filtraci určitého podílu tekutiny z krve do intersticia a v oblasti
koncových úseků kapilár je tomu naopak a většina intersticiální tekutiny je ,,nasávána" zpět do
krevního řečiště.
0
50
100
150
200
Průměrná
koncentrace
(mval/l)
Na+
(140)
K+
(4,5)
Ca2+
(5)
Mg
2+
(2)
Na+
K+
Mg 2+
Cl -
(103)
HCO3
-
(24)
P (2)prot
n- S (1)
Plazma
ICT
Cl
-
HCO3
-
prot
norg.
kys.
x-
(5,5)
S
P
(16)
4
Při posuzování poruch acidobazické rovnováhy se používají některé pomocné výpočty vycházející
z iontogramů krevní plazmy:
a) Diference silných iontů (strong ion difference, SID) ­ počítá se několika způsoby
* Efektivní SIDeff
SIDeff = [Na+
] + [K+
] + [Ca2+
] + [Mg2+
] ­ ([Cl]
+ [UA-
])
kde UApředstavují
neměřené anionty organických a anorganických kyselin,
Ze srovnání s iontogramem je zřejmé, že SID je část sloupce aniontů vyplněná
hydrogenkarbonáty, plazmatickými bílkovinami a anorganickým fosfátem.
SID lze proto vypočítat také z hodnot hydrogenkarbonátu, albuminu a fosfátu:
SIDeff = [HCO3
]
+ 0,28[albumin] + 1,8[Pi] (39  1 mmol/l)
všechny koncentrace jsou v mmol/l, jen albumin v g/l; koeficient 0,28 odpovídá počtu negativních nábojů v 1 g
albuminu; koeficient 1,8 představuje počet negativních nábojů 1 mmolu anorganického fosfátu v 1 l při pH 7,4;
* Zdánlivá SIDapp počítá se všemi hlavními kationy z plazmy, z aniontů pouze s chloridy:
SIDapp = [Na+
] + [K+
] + [Ca2+
] + [Mg2+
] ­ [Cl-
]
Hodnota SID je ovlivněna především změnami koncentrace sodíku, chloridů a neměřených aniontů.
* Pufrové báze séra (buffer base, BBs)
BBs = [Na+
] + [K+
] - [Cl]
(42  4 mmol/l)
b) Aniontové okénko (anion gap, AG)
AG = [Na+
] + [K+
] ­ ([Cl]
+ [HCO3
])
(12­18 mmol/l)
AG = [Na+
] ­ ([Cl]
+ [HCO3
])
(8­16 mmol/l)
Nevýhodou je, že z hodnoty AG nelze odvodit podíl proteinů na případné poruše ABR.
Tato nevýhoda je odstraněna výpočtem reziduálních aniontů
RA = (Na+
+ K+
+ Ca2+
+ Mg2+
) ­ (Cl+
HCO3
+
proteiny) (  10 mmol/l)
c) Slabé netěkavé kyseliny (Atot)
Atot = [Alb] + [Pi]
Atot vyjadřuje sumu látkových koncentrací negativních nábojů albuminu a anorganického fosfátu
Na+
K+
Cl-
HCO3
-
AG
Na+
K+
Cl-
BBs
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Cl-
SIDeff
UA-
5
pH
citron 2,3
pepsikola 2,5
pomeranč 3,7
buňky prostaty 4,5
buňky kost. svalů 6,9
trombocyty 7,0
erytrocyt 7,3
osteoblasty 8,5
KREV 7,36­7,44
žaludeční šťáva 1,2­3
duoden. šťáva 6,5­7,6
žluč 6,2­8,5
moč 4,8­8
1 mmol H+
/kg tělesné
hmotnosti/den
Homeostáza vnitřního prostředí
tekutiny, potrava
ICT metabolické děje
CO2 OH-
H+
ECT CO2 + H2O H2CO3 HCO3
+
H+
PUFRY
PLÍCE LEDVINY
CO2 HCO3
-
NH4
+
, H2PO4
,
SO4
215­25
mol/den ~1 mmol/den 40­80 mmol/den
Pufrační systémy v organismu
IVT IST ICT
Pufrační systém
plná krev plazma erytrocyty
HCO3
/H2CO3
+ CO2 50 % 33 % 17 % HCO3
-
HCO3
-
Protein/HProtein
45 % 18 % 27 % ­ proteiny
HPO4
2-
/H2PO4
5
%
1 %
(anorg.)
3 % (org.)
1 % (anorg.)
anorg. fosfáty org. fosfáty
Koncentrace pufračních
systémů (mmol/l)
48  3 42  3 ~ 56
Hydrogenuhličitanový (bikarbonátový, hydrogenkarbonátový) pufr
Hydrogenuhličitanový pufr je nejvýznamnějším pufrem v krvi, a to proto, že je co do kapacity
nejrozšířenější a snadno se regeneruje. Je v rovnováze s ostatními pufračními systémy, kterým je
schopen jak předávat H+
a sám se regenerovat, tak od nich H+
přijímat. Je tvořen kyselinou uhličitou
(H2CO3) a hydrogenkarbonátem (HCO3
).
Jeho pH je definováno Hendersonovou-Hasselbalchovou
rovnicí:
[ ]ef32
3
322
3
)CO(H
COH
][HCO
log6,1
]COH[CO
][HCO
logppH 32
--
+=
+
+= K
6
pKA1 = 3,69 (37 °C) pKA1' = 6,33 (voda, 37 °C)
pKA1' = 6,10 (plazma, 37 °C)
Efektivní koncentrace kyseliny uhličité (mmol/l) [CO2 + H2CO3] = 0,22 x pCO2
kde 0,22 je koeficient rozpustnosti CO2 pro pCO2 v kPa
Parciální tlak oxidu uhličitého (pCO2)
Kyselina uhličitá se v Hendersonově-Hasselbachově rovnici označuje jako respirační složka. Její
koncentrace v arteriální krvi je dána rovnováhou mezi množstvím CO2 produkovaného ve tkáních a
množstvím, které je z organismu vyloučeno plícemi. V alveolárním vzduchu se za fyziologických
podmínek ustálí parciální tlak CO2 na hodnotě 5,35 kPa. Při průchodu krve plicními kapilárami se
vyrovná pCO2 v alveolárním vzduchu s pCO2 v krvi, protékající plicními kapilárami a pCO2
v arteriální krvi je prakticky totožný s pCO2 v alveolárním vzduchu.
Fyziologické hodnoty pCO2 v arteriální krvi jsou 5,3 kPa  0,5 kPa.
Hodnoty nad 5,8 kPa  hyperkapnie, hodnoty pod 4,8 kPa  hypokapnie
Hydrogenkarbonátový anion (HCO3
-
)
Jeho koncentrace je označována jako metabolická složka Hendersonovy-Hasselbalchovy rovnice. Jeho
vznik je dán vztahem H2CO3 H+
+ HCO3
-
.
Koncentrace hydrogenkarbonátového (bikarbonátového) aniontu v krvi je závislá na činnosti ledvin a
na působení zákona elektroneutrality, respektive na vztahu koncentrace silných kationtů a aniontů a
slabých netěkavých kyselin.
Nehydrogenkarbonátové nárazníkové systémy
Proteinový pufr
H-proteinn-
H+
+ protein(n+1)Za
fyziologického pH jsou téměř všechny bílkoviny v oblasti pH vyššího, než je jejich isoelektrický
bod. Proto mají negativní náboj (anionty), jsou schopny vázat proton (H+
) a chovají se jako silné
konjugované báze.
]CO[H
]][HCOH[
32
3
1A
-+
=K
]CO[H][CO
]][HCOH[
'
322
3
1A
+
=
-+
K
7
pKA ~ 7,8
pKA ~ 6,2
pKA2 = 6,8
Hemoglobinový pufr
O2 HHb Hb+
H+
O2
HHbO2 HbO2
+
H+
Oxygenovaný hemoglobin se chová jako silnější kyselina, která proton odštěpuje, deoxygenovaný
hemoglobin jako slabší kyselina, respektive jako silnější konjugovaná báze a proton váže.
Fosfátový pufr
H2PO4
-
HPO4
2+
H+
Uplatňuje se spíše intracelulárně, dále v prostředí kostí a zubů. Jako jeden z možných nárazníků se
podílí na acidobazické regulaci v ledvinách.
Transport O2 a CO2
CO2 vzniká ve tkáních jako konečný produkt metabolismu a difunduje do krevních kapilár (pCO2
smíšené venózní krve se zvyšuje). Hlavní část CO2 difunduje do erytrocytů. Pomocí
karbonátdehydratasy se část CO2 přeměňuje na H2CO3 a disociací vzniká HCO3
.
Tím se
v erytrocytech zvýší koncentrace HCO3
ve
srovnání s plazmou a dochází k jejich výměně
s chloridovými ionty plazmy (HCO3
-
/Clvýměník
v membráně erytrocytů). Část CO2 v erytrocytech
reaguje s hemoglobinem a vytváří karbanit. Při disociaci H2CO3 se uvolňují ionty H+
a jsou pufrovány
vazbou na deoxygenovaný hemoglobin.
V plicních kapilárách je nižší pCO2 než ve venózní krvi, CO2 proto difunduje do alveolů. Hemoglobin
je oxygenován, čímž se z něj uvolňují H+
ionty, které urychlují přeměnu HCO3
na
H2CO3, chloridové
ionty difundují zpět do erytrocytu.
Formy transportu CO2 v krvi
Forma CO2 Výskyt (%)
HCO3
~
85
Vazba na proteiny  karbamáty ~ 10
Fyzikálně rozpuštěný ~ 5
8
Parciální tlaky plynů při klidovém dýchání
vdechovaný vzduch vydechovaná směs arteriální krev venózní krev
pO2 (kPa) 21 15,3 12­13,3 4,6­6,0
pCO2 (kPa) 0,03 4,4 4,6­6,0 5,3­6,6
Funkce ledvin při udržování acidobazické rovnováhy.
Renální regulace výkyvů pH spočívá v zadržování nebo zvýšeném vylučování vodíkového iontu. Tím
je ovlivňována koncentrace hudrogenuhličitanů v extracelulární tekutině. Vodíkový ion, vzniklý
disociací kyseliny uhličité, je secernován do lumina renálního tubulu směnou za ion sodíkový. Za
každý secernovaný vodíkový ion přibude v extracelulární tekutině jeden ion hydrogenuhličitanový.
Vodíkový ion v moči se váže s bázemi v moči ­ s NH3 (50 mmol/d ) a HPO4
(20
mmol/d ­
titrovatelná acidita moči). V důsledku toho neklesá pH moči pod hodnotu 4,5. Podle novější teorie
vznikají amonné ionty již v tabulárních buňkách. Při acidóze se vylučují do moči, zatímco při alkalóze
jsou resorbovány do krve a v játrech slouží jako substrát pro vznik močoviny (při tomto pochodu
vznikají ionty H+
, které acidifikují vnitřní prostředí).
Při alkalemii dochází ke zvýšenému renálnímu vylučování hydrogenuhličitanů To je provázeno
zvýšenými ztrátami iontů draslíku, které jsou v tubulech směňovány za ionty sodné.
O2
HHb HbO2
-
H+
HCO3
-
H2CO3
CO2
H2O
karbonát-
dehydratasa
Cl-
ClVenózní
krevAlveolární arteriální krev
Erc
O2
CO2CO2
HCO3
-
O2
HHb HbO2
-
H+
HCO3
-
H2CO3
CO2
H2O
karbonát-
dehydratasa
Erc
O2
HCO3
CO2
CO2
O2 O2
9
Podíl jater na udržování acidobazické rovnováhy
Detoxikace amoniaku v játrech je možná dvěma způsoby ­ syntézou močoviny nebo syntézou
glutaminu. Tvorba močoviny je spojena s uvolněním dvou H+
, při tvorbě glutaminu se H+
neuvolňuje.
Proto při acidózách je převažuje syntéza glutaminu nad syntézou močoviny a naopak. Při selhávání
jater váznou obě cesty a často nastává metabolická alkalóza.
Dvě cesty eliminace NH3 v játrech
Tubulární buňka Lumen tubulu
Gln
Glu
NH4
+
H2O
H2CO3
HCO3
-
HCO3
-
Cl-
CO2
H+
karbonátdehydratasa
H+
H2CO3
H2OCO2
Na+
Na+
NH4
+
HCO3
-
HPO4
2-
H2PO4
-
HPO4
2-
A-
A-
H+
A...
anionty kyselin
2-OG
H+
Na+
K+
-kanál
acidóza
+ acidóza
aktivace při alkalemii
kompetice s K+
~30 mmol/den
Na+
+
V kyselé moči se uplatňuje též pufrační účinek -hydroxybutyrátu (pKA 4,7) a kreatininu (pKB 9,7).
Fyziologická exkrece NH4
+
~50 mmol/den; u acidózy až 10krát vyšší.
NH3
AK
CO2 + H2O H2CO3 H+
+ HCO3
-
2NH4
+
Gln
urea
2-OG
acidemie +
JÁTRA LEDVINY
Gln
acidemie
urea
NH4
+
+
NH4
+
MOČ
H+