Θεματολόγιο Πνευμονολογίας

16.2. ρύθμιση του pH

Η διατήρηση φυσιολογικής ηλεκτροχημικής καταστάσεως στον ενδοκυττάριο και περικυττάριο είναι απαραίτητη για τη δυναμική και σταθεροποιημένη  βιοχημική ισορροπία της ζωής. Ο κυτταρικός μεταβολισμός και η ομοιόσταση του οργανισμού απαιτούν ότι οι αποκλίσεις από την οξεοβασική ισορροπία δεν πρέπει να είναι μεγάλες. Στον οργανισμό, η οξύτητα και η αλκαλικότητα ρυθμίζονται σε ευαίσθητα, καλά δομημένα συστήματα, στα οποία περιλαμβάνονται:

i.ρυθμιστικά συστήματα.

Αποτελούν χημικές διεργασίες, ταχύτατης αντιδράσεως, αλλά περιορισμένης επιδράσεως και,

ii. φυσιολογικά συστήματα,

τα οποία επιβάλλουν μονιμότερες, αντιρροπιστικές – διορθωτικές – μεταβολές που αποβλέπουν στην αρχική διαταραχή της ισορροπίας. Αντισταθμικές ‘επεμβάσεις’ εκδηλώνονται από το αναπνευστικό σύστημα και τους νεφρούς και, στην ουσία, συνιστάται στην εγκατάσταση μιας περίπου ισοδύναμης, αλλά αντίθετης διαταραχής, που αποσκοπεί στην αποκατάσταση της ισορροπίας. Η οξεοβασική κατάσταση υγιούς ατόμου είναι αποτέλεσμα μιας δυναμικής ισορροπίας μεταξύ της εισόδου και εξόδου των οξέων και των βάσεων. Σε διάστημα 24 ωρών, οι μεταβολικές εξελίξεις σ’ έναν ενήλικα συνεπάγονται την παραγωγή 15000-20000 millimoles (mEq) CO₂, που αντιστοιχούν σε 13000 millimoles H⁺, υπό pH πλάσματος. Στο ρυθμό αυτό παραγωγής πρέπει να ανταποκριθούν οι πνεύμονες, ώστε προσαρμόζοντας κατάλληλα τον αερισμό να επιτύχουν τη σύγχρονη αποβολή του CO₂. Οι νεφροί, από την άλλη πλευρά έχουν αναλάβει την εξουδετέρωση μη πτητικών (ανοργάνων και οργανικών) οξέων³. Έτσι, τα ούρα 24-ώρου περιέχουν 30 mmoles οξέος, κυρίως αδρανοποιημένα με φωσφορικά και 45 millimoles NH⁺⁴, ανάλογα με τη δίαιτα. Οι νεφροί μπορούν -για διάστημα λίγων ημερών- να αποβάλλουν περίπου 500 millimoles οξέος, κυρίως σαν ΝΗ⁺⁴ ή ίσο ποσό βάσεως, κυρίως σαν HCO₃^-. Τα αποβαλλόμενα ΝΗ⁺⁴ ισούνται με την ημερήσια παραγωγή οξέων από τις τροφές.

 Η μέση τιμή (±95% όρια αξιοπιστίας) του pH του αίματος (και του σώματος) είναι 7.45± 0.05. Η διακύμανση του pH που είναι συμβατή με τη ζωή δεν εκτείνεται πέραν των 7.0-7.7. Επειδή το εύρος αυτό ποικίλλει ελαφρά, με παράγοντες, όπως η ηλικία και η διάρκεια της οξεοβασικής διαταραχής, μπορούμε να δεχτούμε ευρύτερα πλάσια, 6.85-7.80. Ο όρος οξέωσηχρησιμοποιείται (στην παρούσα μονογραφία) για να δηλωθεί ότι το pH είναι χαμηλότερο από 7.40 και ότι έχει εγκατασταθεί διαταραχή που επιφέρει αύξηση της παραγωγής των Η⁺ (έλλειμμα βάσεως). Με τον όρο αλκάλωση περιγράφονται καταστάσεις με αύξηση του pH (>7.40) που προκαλούν μείωση των Η⁺ (περίσσεια βάσεως). Όσο πιο χαμηλό είναι το pH, τόσο μεγαλύτερη η συγκέντρωση των Η⁺. Με φυσιολογικό pH (=7.4), η συγκέντρωση των Η⁺ είναι 40 nmol/1¹. Όπως είναι γνωστό, τα ένζυμα καταλύουν πληθώρα βιοχημικών αντιδράσεων, αλλά η λειτουργία των ενζύμων αυτών εξαρτάται από την ομοιόσταση του εσωτερικού περιβάλλοντος. Για το λόγο αυτό, ο οργανισμός ρυθμίζει προσεκτικά τη συγκέντρωση των Η⁺ στο εσωτερικό του περιβάλλον, με τη βοήθεια τριών μηχανισμών, δηλαδή των ρυθμιστικών συστημάτων, του πνευμονικού αερισμού, και της νεφρικής απεκκρίσεως.

πίν. 16-2. Όρια pH

16.2.1. ρυθμιστικά συστήματα

Ένα διάλυμα ασθενούς οξέος και της συζυγούς του βάσεως καλείται ρυθμιστικό ή κανονιστικό διάλυμα επειδή εξουδετερώνει προστιθέμενες μικρές ποσότητες οξέων ή βάσεων με μετατόπιση της ισορροπίας, ώστε η αρχική συγκέντρωση Η⁺ να παραμείνει σχεδόν αμετάβλητη.

Σ’ ένα ρυθμιστικό διάλυμα, η [Η⁺] και η [Α^-] δεν ευρίσκονται σε ίσο αριθμό, όπως πχ., σ΄ένα οξύ, αλλά αντίθετα, η [Α^-] είναι πολύ μεγαλύτερη. Στο σύστημα πχ., [Η⁺][HCO₃̄]/ CO₂ + H₂CO₃ η συγκέντρωση των υδρογονιόντων ([Η⁺]) δεν υπερβαίνει τα 40 nmol/l, ενώ η [HCO₃̄] ισούται με 24.000.000 nmol/l (à572, 573).

 Τα ρυθμιστικά συστήματα αποτελούν πρώτης γραμμής άμυνα του οργανισμού για τη διατήρηση του pH και της οξεοβασικής ισορροπίας. Η προστατευτική τους δράση συνιστάται στη δέσμευση εισαγομένων ή ενδογενώς παραγομένων οξέων ή βάσεων. Έτσι, το pH μεταβάλλεται ασήμαντα, ενώ συγχρόνως παρέχεται ο χρόνος για την κινητοποίηση και τη δράση του αναπνευστικού και νεφρικού αντισταθμιστικού μηχανισμού. Ας υποθέσουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα, στο οποίο ισχύει η σχέση

                       Κ=[Η⁺][Α^-]/[ΗΑ]                   {1}

 με λίγα [Η⁺] και άφθονα [Α^-]. Εάν προσθέσουμε στο διάλυμα ποσότητα ισχυρού οξέος, πχ., HCI, αυτό διίσταται αμέσως σε Η⁺ και CI^-. Tα προστιθέμενα στο διάλυμα Η⁺ αυξάνουν τον αριθμητή της σχέσεως, την οποία έτσι, διαταράσσουν. Για να επαναποκατασταθεί τώρα η σχέση  πρέπει να αυξηθεί ο παρανομαστής, δηλαδή  μέρος  των  διισταμένων  μορίων  του  ασθενούς  οξέος  να  μεταπέσει  σε αδιάστατη μορφή, [ΗΑ]. Αυτό γίνεται με την ένωση μεγάλου αριθμού [Η⁺] με ίσο αριθμό μορίων της σε αφθονία ευρισκομένης συζυγούς βάσεως [Α^-], προς σχηματισμό ανάλογου αριθμού αδιάστατων μορίων, που μεταπίπτουν στον παρανομαστή και επαναποκαθιστούν τη σχέση 1. Πρακτικά, σχεδόν όλη η ποσότητα των προστιθέμενων Η⁺ που προήλθαν από τη διάσταση του ισχυρού οξέος έχει τώρα εξουδετερωθεί. Έτσι, αποφεύγεται η μεγάλη αύξηση των Η⁺ και η πτώση του pH που θα συνεπαγόταν. Αυτό, φυσικά, συντελείται με δαπάνη ισοδυνάμου ποσού βάσεως, η οποία, όμως, ευρίσκεται σε περίσσεια.

Όπως προειπώθηκε, ισχύει:

 [Η⁺]=Κ.[ΗΑ]/[Α^-] {2}

οπότε εάν προστεθεί ένα οξύ θα έχουμε μια νεα συνθήκη ισορροπίας:

Κ=[Η⁺]([Α^--x]/[HA+x]) {3}

όπου x το ποσό της συζυγούς βάσεως που μετέπεσε στην αδιάστατη μορφή. Αντίθετα συμβαίνει εάν προστεθεί μια ισχυρή βάση:

Κ=[Η⁺]([Α^-+x]/[HA-x]) {4}

Άρα, η είσοδος μιας ισχυρής βάσεως σ’ένα διάλυμα θα προκαλέσει μείωση του ρυθμιστικού οξέος, κατά τόσα μόρια, όσα είναι τα ιόντα της ισχυρής βάσεως.

Συμπερασματικά, ένα ρυθμιστικό σύστημα δρα προς κάθε κατεύθυνση, δηλαδή εξουδετερώνει, σε μεγάλο βαθμό, την τάση ελαττώσεως του pH κατά την είσοδο οξέων και την τάση αυξήσεως του pH, κατά την είσοδο βάσεων. Και κατά μεν την είσοδο οξέων (=οξέωση) καταναλώνεται ποσότητα ρυθμιστικής βάσεως του συστήματος ισοδύναμη με τη συγκέντρωση των Η⁺ (προκύπτει άρα μείωση βάσεως: ([HCO₃^-]), ενώ κατά την είσοδο βάσεως προκύπτει αύξηση της ρυθμιστικής βάσεως του συστήματος (δες παράδειγμα).

βιβλιογραφία

Rose, BD.: Clinical Physiology of acid-base and Electrolyte disorders. 4rth Ed. McGraw-Hill International Editions∙ 1994

2. Γιαννακούρης, ΓΑ.: Συμβολή στη διάγνωση ‘υποκρυπτομένων’ μεικτών οξεοβασικών διαταραχών. Αθήνα 1983

3. Γαρδίκας, Κ.: Προβλήματα διαταραχής ύδατος, ηλεκτρολυτών και οξεοβασικής ισορροπίας. Παρισιάνος, Αθήνα 1974.

4. Γεωργάτσος, Ι.: Βιοχημεία. Θεσαλλονίκη, 1980

5. McCurdy, Donna: Mixed metabolic and respiratory acid-base Disturbancies. Diagnosis and treatment Chest,1972∙62(s):565-586

6. Μαθιουδάκης Γ.Α.: Ανάλυση Αερίων Αρτηριακού Αίματος. Εκδόσεις TECHNOGRAMMA, Αθήνα 1998. ΣΕΛ. 260. , σελίδες 286, πρώτη έκδοση σε 1000 αντίτυπα. ΙSBN 9789607584229 

7. Pemberton, LB., Pemberton, L.: Treatment of water, Electrolyte, and Acid-Base Disorders in the Syrgical Patients. Mc-Graw-Hill∙1994

8. Madias, N., Schartz, WB., Cohen, JJ.: The maladaptive renal response to secondary hypocapnia during chronic HCI acidosis in the dog. J. Clin. Invest. 1977∙60:1393-1399