ADF Semeiotica Equilibrio acido-base Enrico Fiaccadori Dipartimento di Clinica Medica, Nefrologia & Scienze della

1. ADF Semeiotica Equilibrio acido-baseEnrico FiaccadoriDipartimento di Clinica Medica, Nefrologia & Scienze della Prevenzione

2. Il controllo dell’equilibrio acido base ha un ruolo centrale nell’omeostasi dei fluidi corporei, assicurando il mantenimento della concentrazione idrogenionica entro limiti stretti

3. Lo ione idrogeno come specie altamente reattiva H+ Legame con le proteine (enzimi, proteine contrattili, proteine di trasporto etc.) Alterazioni strutturali Alterazioni funzionali

5. MAJOR ADVERSE CONSEQUENCES OF SEVERE ALKALEMIA (Adroguè HJ, Madias NE, N Engl J Med 1998; 338:107-111) Cardiovascular - Arterial constriction - Reduction in coronary blood flow - Reduction in anginal threshold - Predisposition to refractory supraventricular and ventricular arrhythmias Respiratory - Hypoventilation with attendant hypercapnia and hypoxemia - Enhancement of hypoxic pulmonary vasoconstriction  worsening of ventilation-perfusion relationships Metabolic - Stimulation of anaerobic glycolysis and organic acid production - Hypokalemia - Decreased plasma ionized calcium concentration - Hypomagnesiemia and hypocalcemia Cerebral - Reduction in cerebral blood flow - Tetany, seizures, lethargy, delirium and stupor

6. Impatto della dieta sull’equilibrio acido-base • (Dieta media con circa 70 –100 g. • di proteine prevalentemente animali) • Produzione di acidi  240 mEq • Produzione di basi (rimozione di acidi)  170 mEq • Il bilancio netto è di circa 70 mEq • di H+ che si accumulano nell’organismo • (1 mEq/Kg/die)

7. Acidi fissi Inorganici H3PO4 (Fosfati organici, proteine) H2SO4 (AA solforati) Organici Acido lattico Chetoacidi Tossici Farmaci Acidi volatili H2CO3  CO2 + H2O Forme di acidi fissi e volatili

8. Produzione di basi (rimozione di acidi) con la dieta • Metabolizzazione aminoacidi anionici (glutamato, aspartato) • Metabolizzazione anioni organici (ad es. citrato)

9. Parametri dell’equilibrio acido-base:- quali sono, come si esprimono (unità di misura)- concetto di valori medi e range fisiologico • [H+] 40 nEq/L (36-44) • pH 7.40 (7.36–7.44) • PaCO2 40 mmHg (36-44) HCO3 24 mEq/L (22–26) Dove si misurano: L’equilibrio acido-base nel suo complesso si può valutare solamente sul sangue arterioso, che consente di analizzare il ruolo dei tre componenti fondamentali della regolazione: trasporto ematico sotto forma di tamponi, polmone, rene l’emogasanalisi arteriosa rappresenta l’esame più importante

10. CATIONI, mEq/L Na 140 K 4.5 Ca 5 Mg 2 H+ 0.000040 (40 nEq/L) ANIONI, mEq/L Cl 103 HCO3 24 Concentrazioni normali anioni e cationi nel plasma

11. Finalità dei sistemi che concorrono all’equilibrio acido-base: mantenimento omeostasi idrogenionica

12. Meccanismi che limitano e/o correggono modificazioni della concentrazione idrogenionica nell’organismo • Sistemi tampone Sistema di prima difesa verso le alterazioni acido-basiche + trasporto acidi e basi verso gli apparati escretori (rene e polmone) • Rene eliminazione acidi fissi (e basi) • Polmone eliminazione acidi volatili (CO2) derivanti dal metabolismo dei nutrienti o dal tamponamento di acidi da parte del bicarbonato

13. Un sistema tampone è costituito da un acido e dalla sua base coniugata ed è in grado di rilasciare o legare H+ a seconda delle necessità. In caso di legame  l’H+ cessa temporaneamente di esistere come specie dissociata autonoma (e quindi altamente reattiva) nel fluido contenente il tampone

14. Sistemi tampone dell’organismo: tamponi intra- ed extracellulari

15. Ruolo centrale del sistema tampone bicarbonato • E’ il tampone quantitativamente più importante nell’extracellulare • E’ in equilibrio con i sistemi tampone intracellulari • Le due componenti del sistema (bicarbonato/acido carbonico) sono controllate separatamente dal rene (componente metabolica) e dal polmone (componente respiratoria)  La valutazione delle due componenti del sistema del bicarbonato consente di valutare l’equilibrio acido-base dell’organismo, attraverso l’equazione di Henderson-Hasselbalch

16. Il sistema tampone bicarbonato/acido carbonico H2CO3 HCO3- + H+

17. CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

18. CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ rene polmone

19. Tamponi cellulari CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ rene polmone

20. Tamponi cellulari CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ rene polmone Lo studio dell’equilibrio di dissociazione del sistema tampone bicarbonato/acido carbonico fornisce indicazioni sull’equilibrio acido-base dell’organismo in toto e sui meccanismo di compenso renali (metabolici) e polmonari (respiratori)

21. Tamponi cellulari CO2+ H2O H2CO3HCO3- + H+ rene polmone L’equilibrio di dissociazione del sistema tampone HCO3/H2CO3 è descritto dalla legge d’azione di massa, espressa come equazione di Henderson-Hasselbach, nella quale l’H2CO3 è inserito sotto forma di PaCO2 moltiplicata per un coefficiente di solubilità della CO2 in H2O (si ottiene un dato in mEq/L) HCO3- pH = 6.1 + log 0.0301 PaCO2

22. HCO3- pH = 6.1 + log 0.0301xPaCO2 24 mEq/L pH = 6.1 + log 0.0301x 40 mmHg 24 mEq/L pH = 6.1 + log 1.2 mEq/L pH = 6.1 + log (24/1.2) pH = 6.1 + log 20 pH = 6.1 + 1.3 = 7.40

23. Nell’organismo esistono numerosi sistemi e ciascuno di essi ha un equilibrio espresso dalla sua equazione di HH Però, poiché tutti sono anche in equilibrio tra di loro, sarà sufficiente studiarne uno solo per conoscere l’equilibrio acido-base di un soggetto Il sistema tampone che viene utilizzato in clinica è quello bicarbonato/acido carbonico, cioè bicarbonato/CO2 Vine utilizzato in quanto le due componenti sono facilmente misurabili e in quanto direttamente influenzata dai due sistemi coinvolti nella regolazione dell’equilibrio acido-base: emuntorio renale e sistema respiratorio

25. RENE

26. Ruolo del rene nel mantenimento del bilancio acido-basico • Riassorbimento del bicarbonato già presente nel sangue e che venendo filtrato dal glomerulo verrebbe perso nelle urine (tubulo prossimale) • Eliminazione netta di H+ (tubulo distale) La base fisiologica di entrambi gli effetti è rappresentata dalla secrezione di H+, a livello dei tubuli prossimale e distale

27. Riassorbimento dei bicarbonati nel tubulo prossimale • 85% del bicarbonato filtrato • elevata capacità (24 mEq/L di bicarbonato x 150 L di filtrato glomerulare = 3600 mEq/24 ore filtrati) • Elevata permeabilità luminale agli H+ • Basso gradiente di H+ (7.4 inizio t.p., 7 fine t.p.) per la presenza della anidrasi carbonica • Scambio Na/H epitelio tubulare + cotrasporto Na/HCO3 basolaterale • Soglia dei bicarbonati 26 mEq/L NaHCO3 Na+

28. Controllo del riassorbimento prossimale di bicarbonato • Acidosi extracellulare • Volemia efficace • Sistema renina-angiotensina • Potassiemia e patrimonio potassico

29. Eliminazione netta di H+ (generazione di bicarbonati) nel tubulo distale • Secrezione di H+ mediata da una H+ATPasi nelle cellule intercalate • Secrezione contro gradiente elevato (pH 7.4 nel sangue, 4.5 nelle urine  gradiente di 1:1000) con bassa permeabilità luminale agli H+ • Presenza di tamponi luminali (Fosfati e NH3) per legare gli H+ secreti • l’acidificazione è massima per valori di pH di 4.5, oltre ai quali non è possibile creare maggiore gradiente di H+; manca inoltre la anidrasi carbonica luminale • H+ escreti come H+ liberi (quantità minima), acidità titolabile e ioni ammonio (NH4+)  quest’ultimo rappresenta il principale meccanismo di eliminazione degli H+ sia in condizioni fisiologiche che quando sia necessario eliminare un carico di H+ (acidosi)

30. Escrezione netta di H+ come acidità titolabile

31. Escrezione netta di H+ come ammoniuria Delle varie forme di escrezione di H+, solamente l’escrezione dello ione ammonio può aumentare significativamente in presenza di un carico acido

32. A parità di valori di pH urinario raggiunti, in corso di acidosi (da cause non renali), vengono eliminati più H+, perché nelle urine ci sono più NH3 (e quindi NH4+)

33. Fattori che stimolano l’escrezione di idrogenioni nel tubulo distale • Riduzione pH ematico • Aumento PaCO2 • Ipopotassiemia • Aumento aldosterone

34. POLMONE

35. Ruolo del polmone nel bilancio acido-base: eliminazione acidi volatili (CO2) attraverso la ventilazione alveolare

36. Ventilazione alveolare (VA) e PaCO2 (I) • La VA è la quantità di aria che raggiunge gli alveoli e prende parte agli scambi respiratori. E’ data dalla differenza tra VE (ventilazione minuto) e VD (spazio morto, cioè le vie aeree che non partecipano agli scambi respiratori) • La VA rappresenta l’unica modalità di eliminazione della CO2 prodotta dal metabolismo (VCO2) • In condizioni normali la quantità di CO2 eliminata con VA è uguale a alla produzione metabolica di CO2 (circa 200 ml/min)

37. Ventilazione alveolare (VA) e PaCO2 (II) Il rapporto tra VCO2 e VA è espresso dal valore di PaCO2 VCO2 x 0.863 -------------- VA PaCO2 =

39. Le alterazioni dell’equilibrio acido-base

40. Equilibrio acido-base: definizioni

41. Alterazioni dell’equilibrio acido-base: alterazioni respiratorie e alterazioni metaboliche

42. Componente “respiratoria” e componente “metabolica” dell’equilibrio acido-base

43. Squilibrio primitivo respiratorio  compenso “metabolico” Squilibrio primitivo metabolico  compenso “respiratorio”

44. acidosi metabolica alcalosi metabolica acidosi respiratoria alcalosi respiratoria riduzione PaCO2 (polmone) aumento PaCO2 (polmone) aumento bicarbonati (rene) riduzione bicarbonati (rene) Compensi

45. ACIDOSI RESPIRATORIA Alterazione dell’equilibrio acido acido-base caratterizzata da un primitivo aumento della PaCO2, eventuale riduzione del pH arterioso (acidosi respiratoria con acidemia), e da secondario aumento dei bicarbonati (compenso renale) La patogenesi riconosce cause secondarie ad alterazioni del sistema ventilatorio

46. Sistema ventilatorio e ventilazione fisiologica La ventilazione fisiologica è il risultato di complesse interazioni tra centri respiratori del SNC, chemocettori centrali e periferici, muscoli respiratori e parenchima polmonare Ha lo scopo di eliminare la CO2 prodotta dal metabolismo I determinanti della PaCO2 arteriosa saranno quindi rappresentati dalla ventilazione alveolare e dalla produzione metabolica di CO2

47. ACIDOSI RESPIRATORIA a)   pazienti che non ventilano (di solito acidosi resp. acute) il problema è la depressione dello stimolo respiratorio (es. sedativi, narcotici, alcool, lesioni SNC post-anossiche, trauma cranico, encefalite, etc) b)  pazienti che non possono ventilare (di solito acidosi resp. croniche) due possibili problemi 1)   insufficienza primitiva della pompa ventilatoria (m. respiratori): farmaci e tossici (curarizzanti, esteri organofosorici etc.), sclerosi multipla, miopatie acute etc. 2)   insufficienza secondaria della pompa ventilatoria (fatica dei muscoli respiratori) da eccessivo aumento del lavoro respiratorio -         lavoro elastico (malattie restrittive, ARDS etc.) -         lavoro resistivo (ad es. crisi asmatica, BPCO) 3) patologie del parenchima polmonare  compromissione degli scambi gassosi (BPCO grave, edema polmonare acuto etc.)

48. COMPENSO ALL’ACIDOSI RESPIRATORIA due meccanismi: # sistemi tampone (acidosi resp.acuta) meccanismo rapido ma quantitativamente limitato HCO3 = 0.1 mEq/L per mmHg PaCO2 # rene (acidosi respiratoria cronica) meccanismo più lento ma quantitativamente più adeguato HCO3 = 0.3-0.4 mEq/L per mmHg PaCO2

50. ACIDOSI RESPIRATORIA CLINICA ACIDOSI RESPIRATORIA ACUTA -         cefalea -         alterazioni visus -         tremori -         agitazione – stato soporoso – coma -         ipotensione ACIDOSI RESPIRATORIA CRONICA -         dispnea -         agitazione – stato soporoso – coma -         segni e sintomi della pneumopatia di base -         segni e sintomi di cuore polmonare cronico Diagnosi: emogasanalisi arteriosa  PaCO2 > 44 mmHg