Acidobazická rovnováha (ABR) MUDr. Stanislav Matoušek, PhD Systém prezentace • Složitá oblast? • Postupné kroky dobré porozumění, stavím na tom, co už znám • Aktivní učení: • Vložený slide s otázkami k řešení – věnujte čas samostatnému hledání řešení • Minimální čas je dole • Odpovědi – další slide • Proč aktivní učení? • Větší radost a zájem • Hlubší znalosti • Pamatuji si déle. è Vložené úsilí navíc se vyplatí Základy acidobazické chemie a fyziologie Opakování (doufejme) Vodíkové ionty • Je koncentrace vodíkových iontů v extracelulární tekutině (ECT) malá, velká, obrovská nebo titěrná? • Proč je udržování přesné koncentrace H^+ mnohem důležitější než např. udržování přesné koncentrace jódu nebo zinku^1? • Je přesnější mluvit o H[3]O^+ nebo o H^+? Proč? • Co to je vodíkový můstek? • Je za fyziologických okolností v plazmě více H[3]O^+ nebo OH^- ? • Minimální čas: 2 min Vodíkové ionty • Koncentrace [H^+] ~ 1 000 000x << [Na^+] – velmi malé • Udržování pH v úzkém rozmezí je důležité kvůli velké reaktivitě H^+ a dále vlivu na konformaci různých látek, především proteinů • Vodíkový můstek - speciální slabá chemická vazba zahrnující H^+; vazba H[2]0 mezi sebou à kapalnost vody [• ] pH[plasma,Norm ]≈ 7,4 > 7,0 → Alkalické pH → [OH^-] > [H3O^+][] Dynamika pohybu H[3]O^+ a OH^- ve vodě Náboje aminokyselin a konformace proteinů Definice pH a její důsledky • Vzpomenete si, jak je definováno pH? • A jak se počítá s logaritmy? Např. log(A x B) = ^• Zkuste vymyslet, co z těchto pravidel plyne pro vlastnosti pH: Např., když koncentrace H^+ (zapisujeme jako [H^+]) vzroste 2x, jak se změní pH?^1^ • Jak se změní pH, když koncentrace H^+ klesne 10x? • Pro jedničkáře: Jak se změní pH, když [OH^-] stoupne 2x? • Minimální čas: 3 minuty nebo do vyhotovení všech úkolů. • 1) Může být užitečné připomenout hodnotu log[10](2) = 0,3 Definice pH a její důsledky - řešení • pH = - log[10]([H^+]) • log(AB)= log(A) + log(B) [• ]Vzrůst koncentrace H^+ na dvojnásobek: [H^+][New] = 2[H^+][Old][] • Z definice pH a pravidel pro logaritmy plyne: pH[New] = - log([H^+][New] ) = - log(2 x [H^+][Old] ) = - log(2) + (- log ([H^+][Old]) = = -0,3 +pH[Old] èČili: Při dvojnásobné koncentraci H^+ : pH[New] = pH[Old] – 0,3 • Pokud [H^+][New] = 1/10 x [H^+][Old] : pH[New] = - log(1/10) + (- log ([H^+][Old])= = +1 +pH[Old] . Při 10násobném poklesu H^+ vzroste pH o 1.[] Pufry • Co jsou to pufry / ústojné roztoky? • Jakým způsobem ovlivňují pufry pH, je-li přidána kyselina nebo zásada? • Co to je pK[a] jednoduchého pufru? • Pro jedničkáře: Dokážete napsat rovnici reakční rovnováhy pufru? • Při jakém pH je jednosložkový pufr nejúčinnější? • Minimální čas: 3 minuty Pufry – řešení 1 • Pufry zpomalují změnu pH tím, že na sebe váží H^+ při rostoucí koncentraci H^+ (pokud pH klesá), a uvolňují H^+ při klesající [H^+] (pH stoupá). • Pro stabilizaci pH v určitých mezích jsou klíčové! • Vodíkový iont a pufr reagují vratně podle rovnice: • HB H^+ + B^- nebo: HB^+ H^+ + B • Reakční rovnováha lze vyjádřit známým vztahem: • Lze upravit na: • [HB] a [B^-] jsou právě v poměru 1:1, pokud je pH = pK[A] (zkuste dokázat z předchozí rovnice)[] Pufry – řešení 2 • Jednosložkový pufr je nejúčinnější, pokud je pH v okolí jeho pK[A ]. • Účinnost pufru při daném pH lze vyjádřit pufrační kapacitou β. • Při velké vzdálenosti pH od pK[A] pufru limituje vždy účinnost ta složka pufru, které je málo. • Například u kyselých pH je ↓[B^-], • U zásaditého pH je ↓[HB] [• ]Pro jedničkáře: Jak se mění poměr [B^-]/[HB] s přidáním kyseliny daleko od pK[A]? Hodně nebo málo?[] Proteinové pufry • V krvi jsou klíčovými pufry: • Hemoglobin! • Albumin, popř. další proteiny krevní plazmy • Klíčovým pufračním reziduem jsou postranní řetězce histidinu • pK[A] jednotlivých řetězců histidinu se dosti liší (vliv aminokyselin v okolí) Proteinové pufry Fosfátový pufr • Je klíčovým pufrem intracelulárně • Např. součást DNA [• ]Pro pufrování je klíčový 2. disociační krok, který má pK[A ]= 7,2[] Bikarbonátový pufr CO[2]+H[2]O H[2]CO[3] H^+ + HCO[3]^- Katalyzátor: Karboanhydráza - přítomna v žaludku, ledvinách a erytrocytech ^ ^ Reakční rovnováha: Henderson-Hasselbalchova rovnice: 𝑝𝐻=﷐𝑝𝐾﷮𝐴﷯+𝑙𝑜𝑔﷐[﷐𝐻𝐶𝑂﷮3﷮−﷯]﷮𝑠∗﷐𝑝𝐶𝑂﷮2﷯﷯ ^ ^ Při dosazení numerických hodnot (pCO[2] je v kPa) : 𝑝𝐻=6,1+𝑙𝑜𝑔﷐[﷐𝐻𝐶𝑂﷮3﷮−﷯]﷮0,22∗﷐𝑝𝐶𝑂﷮2﷯﷯ Otázka pro jedničkáře: pK[A] bikarbonátového pufru je 6,1. To je dost vzdálené od fyziologického pH = 7,4. Snižuje to pufrační kapacitu bikarbonátového pufru?[] Bikarbonátový pufr Metabolismus a systém regulace ABR • Největší průtok je v systému CO[2] • Díky tomu lze pCO[2 ]dobře regulovat • Další toky a zapojení do systému iontů (elektroneutralita) jsou zřejmé z tohoto schématu: Bikarbonátový pufr • Je klíčový z hlediska regulace dlouhodobých bilancí H^+ v organismu [• ]Plíce – regulují pCO[2] ^• Ledviny – regulace hladiny HCO[3]^- v krvi a exkrece H^+ Systém pufrů a elektroneutralita Systém pufrů a elektroneutralita 2 - příklad Poruchy acidobazické rovnováhy = základy patofyziologie ABR Respirační poruchy a jejich kompenzace Respirační alkalóza a její kompenzace Kompenzační diagramy Kompenzační diagramy 2 Kompenzační diagram pCO[2] vs BE – jiná verze „Bostonská“ pravidla diagnostiky ABR poruch Base Excess - BE • Base excess – přebytek bazí – nejexaktnější parametr k hodnocení metabolických poruch (a kompenzací) • Logika: Plíce přes hladinu pCO[2] neovlivňují bazickou složku pufrů • Při pH = 7,4 a pCO[2] = 5,3 kPa je BE = 0 mmol/l • Přilejeme-li nyní 10mmol/l kyselin, odreaguje část s bikarbonátem a část s B- nebikarbonátových pufrů – BE klesne na -10 mmol/l • Naopak, odebereme-li při BE=0 15 mmol/l H^+, zvýší se jak hladina bikarbonátu, tak B- nebikarbonátových pufrů – BE stoupne na +15 mmol/l [• ]Tyto změny jsou následně nezávislé na pCO[2] [ ] Respirační acidóza a její kompenzace Co se odebírá a hodnotí? • Měření krevních plynů v arteriální krvi (tzv. „Astrup“) • Sérové elektrolyty • Koncentrace pufrů (např. hemoglobin) a dalších látek Měření krevních plynů – „Astrup“ Změřeno přístrojem (senzory = selektivní elektrody): pH = 7,4 ± 0,04 pCO[2] = 5,3 kPa pO[2] = 13,3 kPa • Vypočítáno přístrojem: • [HCO[3]^-] = 24 mmol/l • ^ vypočítáno z HH rovnice • BE = 0 mEq/l • Exces bazí, k výpočtu nutná konc. Hb. Kazuistika č. 3 • 68-letý muž přichází do Vaší ambulance. • Chronická bronchitis a emfyzém v anamnéze. • Je mírně dušný, antigenní COVID test negativní • Lab: pH = 7,31 • pO2 = 8,0 kPa • pCO2 = 10,6 kPa • HCO3- = 38 mmol/l • BE = 12 mmol/l Možné příčiny respirační acidózy • Snížení alveolární ventilace A) Snížená aktivita dechového centra • Léky, drogy (např. opiáty) • Poškození: • Trauma • Iktus • Tumor • Edém mozku/nitrolební hypertenze • B) Nervosvalová onemocnění • Myasthenia gravis • Polyradikuloneuritis • Závažná obezita / Pickwickův syndrom • C) Onemocnění plic • Restriktivní onemocnění • ARDS, • Plicní fibrózy • Obstruktivní onemocnění • Astma • Tumor • Cizí těleso • Vzestup mrtvého prostoru • Plicní embolie • Plicní emfyzém • Trauma, pneumothorax, seriové fraktury žeber • Zvýšení pCO[2] ve vdechovaném vzduchu Kazuistika č. 2 • Na urgentním příjmu nemocnice vyšetřujete 20-letou studentku • Nemůže se koncentrovat a doma na chvíli přestala ovládat prsty (to ji vyděsilo). Prsty ji nyní stále brní. • Dosud nebyla vážně nemocná, bez medikace. • Status praesens – bez pozoruhodností • SA: Nedávno se rozešla se s přítelem, byli spolu 4 roky. Snáší to špatně. • Lab: pH = 7,49 • pO2 = 13,4 kPa • pCO2 = 4,1 kPa • HCO3- = 22 mmol/l • BE = -1 mmol/l Možné příčiny respirační alkalózy Hyperventilace • A) Při hypoxémii • Vysokohorská nemoc • Pravolevý plicní zkrat • A ventilačně-perfuzní nerovnováha charakteru zkratu. • Při umělé plicní ventilaci • B) Jiné dráždění respir. centra • Trauma, zánět, salicyláty. • C) Panický záchvat Metabolické poruchy a jejich kompenzace Metabolická acidóza 1 + kompenzace Metabolická acidóza 2 + kompenzace Kazuistika č. 1 • 38-letá žena, anam. DM 1. typu • Několik dní trvající horečka a zimnice • Necítila se dobře --> moc nejedla à nepíchala si insulin • Před přijetím: Křeče v břiše, několikrát zvracela • DF=30’ TF = 112 ’ tlak: 110/70 v leže a 100/60 v sedě, 37°C • Suché sliznice a ovocná vůně dechu O jakou acidobazickou poruchu se jedná? Jedná se o kompenzovanou poruchu? Co dále byste řekli o stavu hydratace a iontech? Metabolická acidóza -kompenzační diagramy Metabolická acidóza -kompenzační diagramy Možné příčiny metabolické acidózy • Ztráty bikarbonátů vlivem zvýšeného pufrování kyselin • Ketoacidóza • diabetická • alkoholová • z hladovění • Laktátová acidóza • enormní fyzická zátěž • šokový stav / systémová ischemie • Cizorodé látky • Otrava salicyláty B) Ztráty bikarbonátů do třetího prostoru/ven z těla • Střevem • Průjmy • Fistuly a stomie • Ledvinami (ztráta regulační fce) • Renální tubulární acidózy • Selhání ledvin (může mít i ↑AG) Cvičení – metabolická alkalóza • Zkuste odvodit schéma pro vznik a kompenzaci metabolické alkalózy sami. (výsledek zkontrolujte na dalším slidu) Metabolická alkalóza + kompenzace Kompenzace metabolické alkalózy • Zkuste odvodit kádinky a kompenzační šipky sami • Min 2 minuty Příčiny metabolické alkalózy • Ztráta kyseliny zvracením ↑ HCO[3]^-, který se v žaludku směrem do krve vytvořil (při tvorbě H^+ směrem do lumen). ^• Zvýšená tvorba HCO[3]^- ledvinami/ zvýšená sekrece H^+ do moči^ • Hyperaldosteronismus • tzv. Bartterův syndrom ^• Selhání jater (↓produkce močoviny z NH[4]^+ - reakce je acidizující)^ • Neadekvátní infuze bikarbonátů/ Ringer laktátu. Patogeneze paradoxní acidifikace moči a ztrát draslíku po těžkém zvracení • Klinicky důležité! • Po těžkém zvracení vzniká hypochloremická metabolická alkalóza • Ledviny by proto měly vylučovat málo acidifikovanou/alkalickou moč • Místo toho mohou alkalózu zhoršovat • Viz následující slide Klinické příklady poruch ABR Shrnutí • Fyziologie a chemie H+, pH, pufry, zapojení pufrů do metabolismu, HH rovnice, elektroneutralita • Rozdělení poruch na metabolické a respirační • Klinické příklady a příčiny Děkuji za pozornost