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Lo ione idrogeno

Lo ione idrogeno. [H + ] 36-43 nEql/L [Na + ] 142 mEq/L E’ > di circa 3,5 milioni di volte Gli ioni H + sono dotati di un’attività biologica molto elevata. 0.00004 mEq/L. piccolo raggio. alta densità di carica. grande campo elettrico. Lo ione idrogeno.

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Lo ione idrogeno

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Presentation Transcript

  1. Lo ione idrogeno • [H+] 36-43 nEql/L • [Na+] 142 mEq/L • E’ > di circa 3,5 milioni di volte • Gli ioni H+ sono dotati di un’attività biologica molto elevata 0.00004 mEq/L piccolo raggio alta densità di carica grande campo elettrico

  2. Lo ione idrogeno • Interagendo con i siti negativi di varie molecole, ne modificano la conformazione e l’eventuale attività biologica • legame ad idrogeno ubiquitario • reazioni biochimiche • legami di ormoni e farmaci con le proteine plasmatiche o con i recettori di membrana • performance cellulare alterando sia il legame intracellulare del calcio che la carica elettrica delle proteine

  3. Peter StewartBrown University, Rhode Island How to understand acid-base A quantitative acid-base primer for biology and medicine 1981 http://www.acidbase.org/

  4. Stewart • I first confronted the confusion surronding biological uses of term “ph” and “buffer” • What is that determines hidrogen ion concentration in a solution • H+ in body fluids cannot be understood

  5. Approccio di Stewartall’Equilibrio Acido-Base Strong Ion Difference (SID) Na+ + K+ + Ca++ + Mg++ - Cl- - Lat- LE VARIABILI INDIPENDENTI CHE DETERMINANO IL pH Acidi deboli [Atot] (Albumina e fosfati) AH  A- + H+ pCO2  H2CO3  HCO3- + H+

  6. Le variabili indipendenti di Stewart • Il loro valore non viene alterato primariamente da nessun altro, sono piuttosto le modificazioni delle variabili indipendenti che influiscono sulla dissociazione dell’acqua e che, quindi, alterano la concentrazione di idrogenioni [H+]. • pH e [HCO3-] sono variabili dipendenti, infatti, né l’uno e né l’altro possono variare primariamente e individualmente. • Le variabili dipendenti variano (tutte simultaneamente) se e solo se mutano una o più delle variabili indipendenti. • Pertanto l’interpretazione delle alterazioni dell’equilibrio acido-base basata su parametri dipendenti (H+,OH-, HCO3-, A-) osserva quello che è un effetto piuttosto che la causa dell’alterazione dell’equilibrio acido-base

  7. Fisica chimica dell’acqua • In accordo con la legge di azione di massa, la costante di equilibrio della ionizzazione dell’acqua per una data temperatura è: Ke=[H+][OH-]/[H2O] che a 25°C vale circa 1,8·10-16 mol/L. • solo due molecole su circa 1 miliardo sono presenti in forma dissociata. • L’acqua è la più importante componente inorganica degli esseri viventi, di cui costituisce mediamente oltre il 60% del peso corporeo. In pratica tutte le soluzioni del corpo umano contengono acqua e questa costituisce una fonte praticamente inesauribile di H+ • In queste soluzioni, la concentrazione d’idrogenioni [H+] è determinata dalla dissociazione dell’acqua in ioni H+ e OH-. In altre parole le alterazioni nella concentrazione di idrogeno derivano non da quanto H+ è addizionato o sottratto, ma sono conseguenza della dissociazione dell’acqua.

  8. Leggi della chimica fisica • Elettroneutralità – in una soluzione la concentrazione totale delle cariche positive deve essere uguale alla concentrazione totale della cariche negative • Conservazione di massa – in una reazione chimica la massa delle sostanze rimane invariata; la materia può trasformarsi ma, non può essere, né creata, né distrutta. • equilibrio di dissociazione di tutte le sostanze debolmente ionizzate • cambiamenti di temperatura- l’acqua diventa alcalina con il diminuire della temperatura (0°C, pH=7,5) e acida con l’aumentare della temperatura (100°C, pH=6,1). • Dobbiamo inoltre considerare che quasi tutte le soluzioni di interesse biologico condividono due importanti caratteristiche: la prima è che praticamente tutte sono soluzioni acquose, la secondaè che la maggior parte sono alcaline

  9. Legge della elettroneutralità nel plasma Mg++,Ca++ K+ Na+ Lactate PO4 Cl- H+ Alb- Cl2 SO4--, OH-, others La legge della elettroneutalità afferma: In una soluzione acquosa la somma di tutte le cariche positive (cationi) deve equivalere alla somma di tutte le cariche negative (anioni). Nota che tutti i cationi nel plasma sono ioni forti tranne H+: solo questo può variare in risposta alle variazioni degli anioni. Invece molti degli anioni mostrati sono ioni deboli e qindi la loro carica puo cambiare.

  10. Le variabili indipendenti di Stewart ([SID+], [ATOT] e PCO2 con la costante di dissociazione dell’acqua (K'w), determinano le variabili dipendenti [H+] e [HCO3-] [SID+] HCO3- H+ OH- A- [ATOT] PCO2 K'w

  11. Elettroneutralità nel plasma mEq/L Cations Anions K+, Ca2+,Mg2+ 150 HCO3- SIDe SIDa Alb- A- Pi- XA- 100 Na+ lactate SIG = SIDa -SIDe 50 Cl- XA- =anioni non misurati

  12. + SID ACIDI DEBOLI CO2 - - Elettroneutralità  0 ? 0 Strong Ion Gap (SIG) SIG > 0 Acidosi Metabolica

  13. SID • Il valore normale è di 40-42 mEq/L nell’individuo sano. Può mutare in due situazioni: primo, se varia la concentrazione di uno ione forte; secondo, tramite eccesso o deficit d’acqua nel plasma che determina un equivalente diluizione o concentrazione di cationi e anioni forti (acidosi diluizionale, alcalosi concentrazionale).

  14. Approccio di Stewartall’Equilibrio Acido-Base

  15. Approccio di Stewartall’Equilibrio Acido-Base pH = pK + log [SID+] - Ka[ATOT]/ Ka + 10-pH S x PCO2 Se SID = [HCO3-] e ATOT = 0 pH = pK + log [HCO3-] S x PCO2

  16. Biochimica dell’AcquaQuasi tutte le soluzioni d’interesse biologico condividono duecaratteristiche: 1)sono soluzioni acquose 2)la maggior parte sono alcaline I fattori che determinano la dissociazione dell’acqua sono le leggi fisico-chimiche Elettroneutralità Conservazione di massa • SID • PCO2 • ATOT • i 3 determinanti la [H+] [H+] H O H H2O H+ + OH- Dissociazione dell’acqua Queste variabili hanno una relazione di causa sulla concetrazione degli H+ non una semplice correlazione

  17. + 10 mmol/L Na+Cl- +10 mmol/L H+Cl- H+ 100nmol/L OH- 100nmol/L Na+ 10mmol/L Cl- 10mmol/L H+ =10mmol/L OH- = 4.4x10 -9 nmol/L Na+ 10mmol/L Cl-20mmol/L Soluzione Neutra Soluzione acida

  18. + 10 mmol/L Na+OH- +5 mmol/L H+Cl- H+ =4.4x10 -9 nmol/L OH- =10 mmol/L Na+ =20mmol/L Cl- =10mmol/L H+ = 8.8x10 -9 nmol/L OH- =5 mmol/L Na+ =20mmol/L Cl- = 15mmol/L Soluzione Alcalina Soluzione Alcalina

  19. Paziente Critico • Disturbi complessi dell’equilibrio acido-base • La patologia di base • I trattamenti terapeutici • La ventilazione meccanica

  20. Applicazioni Cliniche • Una classificazione delle alterazioni dei disturbi dell’equilibrio acido base, basata sull’ approccio di Stewart, è rappresentata nella Figura

  21. Classificazione delle alterazioni acido-base

  22. Caso Clinico “acidosi metabolica parzialmente compensata con AG normale” “acidosi metabolica parzialmente compensata con AG normale” Diagnosi differenziale: RTA, TPN, perdita di succo pancreatico, acidosi da resine a scambio ionico, diarrea. “acidosi metabolica parzialmente compensata con basso SIDe e SIG nella norma”. “acidosi metabolica parzialmente compensate, con basso SIDe e SIG alto” “acidosi metabolica parzialmente compensata con basso SIDe e SIG nella norma”. Diagnosi differenziale: RTA, TPN, perdita di succo pancreatico, acidosi da resine a scambio ionico, diarrea. Diagnosi differenziale: ketoacidosi, acidosi lattica, intossicazione da salicilati, metanolo, formati.

  23. Acidosi Metabolica RTA, TPN, perdita di succo pancreatico, acidosi da resine a scambio ionico, diarrea. Basso SID basso SIG ketoacidosi, acidosi lattica, intossicazione da salicilati, metanolo, formati. Basso SID alto SIG

  24. Alcalosi Metabolica Sindrome Nefrosica, cirrosi epatica Ipoalbuminemia Carico di Sodio,perdita di Cloro, vomito, drenaggio gastrico, diuretici, eccesso d mineralcorticoidi, Sindrome di Chushing, corticosteroidi esogeni Alto SID

  25. Materiali e metodi BE con l’equazione di Siggaard-Andersen AG=([Na+]+[K+])-([Cl-]+[HCO3-]) AGCORRETTO=AGCALCOCLATO+2,5(4.3-albuminaOSSERVATA ) SIDa=([Na+]+[K+]+[Mg2+]+[Ca2+])-([Cl-]+[Lattato-]) SIDe=([2,46*10-8x([PCO2]/10-pH)]+[10x[Alb]x(0,123xpH-0,469)]+[([Pi]x10/30.97)x(0.309x[pH]-0.469)]) SIDe=[HCO3-] + [Alb-] + [Pi- ] SIG= SIDa-SIDe.

  26. Fisiologia secondo l’approccio di Stewart • Na+ e Cl- sono gli elettroliti principali nel determinare le variazioni del SID. Un aumento della concentrazione di sodio rispetto a quella del cloro o una diminuzione della concentrazione del cloro rispetto a quella del sodio aumentano il SID e di conseguenza il pH. Variazioni nel senso opposto diminuiscono il SID ed il pH. • Dal momento che la concentrazione del sodio è strettamente regolata per mantenere la tonicità e la volemia, è il cloro che assume il ruolo principale nel controllo del SID e di conseguenza del pH. L’importanza del cloro

  27. L’importanza del cloro • Na+ e Cl- sono gli elettroliti principali nel determinare le variazioni del SID. Un aumento della concentrazione di sodio rispetto a quella del cloro o una diminuzione della concentrazione del cloro rispetto a quella del sodio aumentano il SID e di conseguenza il pH. Variazioni nel senso opposto diminuiscono il SID ed il pH. • Dal momento che la concentrazione del sodio è strettamente regolata per mantenere la tonicità e la volemia, è il cloro che assume il ruolo principale nel controllo del SID e di conseguenza del pH.

  28. L’importanza del cloro • molti dei disturbi dell’equilibrio acido base sono causati da alterazioni nella omeostasi del cloro. Ad esempio l’alcalosi metabolica ipercloremica, causata dalla perdita di succhi gastrici, o l’acidosi da diluzione, determinata dall’infusione di soluzione fisiologica, non sono determinate dalla perdita o aggiunta di idrogenioni(o diluizione del bicarbonato), ma dalla variazione del SID determinata dalla perdita o aggiunta di Cloro

  29. Na+ 150mmol/L Cl- 150mmol/L SID=50 SID=25 Na+ 150mmol/L Cl-125mmol/L Na+ 150mmol/L Cl- 100mmol/L Na+ 300mmol/2L Cl-250mmol/2L

  30. Fisiologia secondo Stewart pH plasmatico UPSETTERS Tratto GI Dieta Circolazione tissutale [SID] PCO2 [ATOT] Plasma REGULATORS Rene Polmone Fegato RBC………..Fluido interstiziale Fluido intracellulare MODIFIERS

  31. Rene • E’ il più importante regolatore del SID. La concentrazione di ioni forti nel plasma può essere alterata regolandone la secrezione o il riassorbimento dall’ultrafiltrato glomerulare. L’omeostasi del K+ è strettamente controllata per assicurare la funzione cardiaca e neuromuscolare, la concentrazione del Na+ per il controllo del volume intravascolare, quindi la regolazione dell’equilibrio acido base da parte del rene è generalmente mediata dalla escrezione del cloro • Ogni ione cloro filtrato e quindi non riassorbito nel plasma causa un aumento del SID. • La teoria classica focalizza il ruolo del rene nel mantenimento dell’Equilibrio acido base tramite escrezione di idrogenioni ed enfatizza l’importanza della ammoniaca e dello ione ammonio ad essa correlato, come un meccanismo atto ad aumentare l’escrezione di H+. • L’escrezione di H+ è di per se irrilevante perché l’acqua corporea è una fonte virtualmente inesauribile di idrogenioni liberi. La funzione del catione debole ammonio, quando rivalutata secondo l’approccio fisico-chimico, è quella di accompagnarsi con l’escrezione dell’anione forte Cl-, senza la perdita di nessun catione forte come Na+ o K+. Lo ione ammonio arriva al rene preformato dal fegato, l’escrezione del quale da parte del rene ha come risultato l’aggiunta netta di HCO3- al liquido extracellulare. Questo schema differisce notevolmente da quello classico che (erroneamente) prevedeva la rimozione di un H+ derivato dall’ H2CO3 e unito all’ammoniaca (NH3+H+NH4+).

  32. Fegato • Il nuovo approccio comporta l’assunzione di un importante ruolo da parte del fegato nella regolazione dell’equilibrio acido-base. L’ammoniogenesi epatica, come anche la formazione di glutamina, è importante per l’omeostasi acido-base ed è strettamente controllata da meccanismi sensibili al pH • In particolare la sintesi epatica della glutamina è stimolata dall’acidosi • L’azoto a livello epatico è utilizzato per la produzione di urea, glutamina e NH4+. La produzione epatica di urea o di glutamina determina effetti diversi a livello renale. La glutamina è utilizzata dal rene per la ammoniogenesi, quindi facilita l’escrezione di ioni cloro. In questo senso la produzione di glutamina ha un effetto alcalinizzante sul plasma. Gli epatociti che sono meglio predisposti alla produzione di urea sono quelli più vicini alle venule portali e possono utilizzare più facilmente l’ammonio. L’acidosi inibisce la produzione dell’urea e quindi più ammonio è a disposizione degli epatociti più lontani dalle venule portali che sono, invece, predisposti alla sintesi di glutamina. In questo modo l’ammonio è utilizzato per la sintesi di glutamina che, a sua volta, è utlizzata dal rene per facilitare l’escrezione di cloro e determinare un aumento del SID.

  33. Tratto gastrointestinale parietal cell Cl- H+ H+ Post-prandial “alkaline tide” H2O 3HCO3 CO2 + OH- HCO3-

  34. Globulo Rosso CO2 The chloride shift O2 HB Cl- H+ H+ + K+Hb- H+Hb- + K+ + O2 HCO3- HCO3- CA H2O OH- + CO2 Red cell Capillary system

  35. [Atot] L’importanza dell’Albumina

  36. Albumina • Nell’ambito di pH compreso tra valori di 6.8 e 7.8, l’albumina ha una carica negativa netta di 21 mEq/L, quindi la sua diminuzione ha un effetto alcalinizzante. • Nel plasma con una bassa concentrazione sierica di albumina il SIG può essere elevato (indicando la presenza di anioni non misurati), anche se i valori di AG e SBE possono essere normali.

  37. Albumina • Le variazioni dalla norma dello SBE sono considerate equivalenti a quelle del SID • Tuttavia questo avviene solo se la concentrazione plasmatica dei tamponi diversi dal bicarbonato (albumina e fosfati) è nella norma. • In queste situazioni il SIG può essere un miglior indicatore della presenza di anioni non misurati rispetto al AG e allo SBE Schlichtig R. [Base excess] vs [Strong ion difference]: which is more helpfull? Adv Exp Med Biol 1997;411:91-95

  38. Gli approcci tradizionali all’equilibrio acido-base quali la valutazione dello SBE e dell’AG non consentono di apprezzare la presenza di acidosi metabolica, quando questa è mascherata dalla ipoalbuminemia Salem MM, Mujas SK: Gaps in the anion gap. Arch.Intern.Med. 1992; 152: 1625-2 Wilkes P: Hypoproteinemia, strong-ion difference, and acid-base status in critically ill patients. J. Appl.Physil 1\998; 84: 1740-48

  39. Sia il deficit di basi (BE) che il gap anionico (AG) sottostimano frequentemente la presenza di acidosi metabolica sopratutto nel malato critico Fencl V, Jabor A, Kazda A, Figge J: Diagnosis of metabolic acid-base disturbance in critically ill patients. Am J. Respir Crit Care Med. 2000; 162: 2246-51

  40. Benché ci sia stato un energico dibattito riguardo l’accuratezza e l’utilità di ogni approccio, tutti danno un risultato praticamente identico quando vengono impiegati per quantificare lo stato acido-base di un campione di sangue. I tre approcci si distinguono invece nella comprensione del meccanismo su cui si fondano le variazioni di pH Kellum JA: Determinants of blood pH in health and disease. Critical Care 2000; 4: 6-14

  41. Valutare l’incidenza di acidosi metabolica con i metodi tradizionali e quello di Stewart

  42. Anioni non misurati • Gli anioni non misurati possono essere rappresentati da composti organici o inorganici come lattato, salicilato, penicillina, metanolo e glicole etilenico e altri non ancora conosciuti (presenti ad esempio nella sepsi).

  43. The Stewart’s approach to acid-base chemistry • Compared with the Henderson Hasselbalch approach, the Stewart approach has a number of appealing features • 1 the control of acid base and water homeostasis can be explained in terms of both sodium and chloride regulation • 2acid base status is partly controlled by a number of plasma electrolytes, notably sodium and chloride. These electrolytes can be manipulated in the clinical setting to optimize acid base status • 3 the factors controlling acid base status are independent. PaCO2 , SID (strong ion difference), ATOT (total weak acid concentration) • Criticism of the Henderson Hasselbalch approach include a lack of interdependence between carbon dioxide and bicarbonate • 4 the Henderson Hasselbalch approach does not allow assessment of non volatile buffers, whereas the Stewart approach explicitly includes assessment of weak acids

  44. STUDIO CLINICO Studio prospettico, non randomizzato, osservazionale con lo scopo di confrontare gli approcci diagnostici all’equilibrio acido base attualmente disponibili nei pazienti Critici

  45. Valutare l’incidenza di acidosi metabolica con i metodi tradizionali e quello di Stewart Confrontare la differente capacità di BE, SIG e AG nel porre diagnosi di acidosi metabolica Obiettivi dello studio • Valutare le variazioni dell’equilibrio acido base e dell’equilibrio idroelettrolitico nel tempo • Valutare una possibile correlazione tra i parametri classici e alternativi con la mortalità dei pazienti osservati

  46. Materiali e metodi BE con l’equazione di Siggaard-Andersen AG=([Na+]+[K+])-([Cl-]+[HCO3-]) AGCORRETTO=AGCALCOCLATO+2,5(4.3-albuminaOSSERVATA ) SIDa=([Na+]+[K+]+[Mg2+]+[Ca2+])-([Cl-]+[Lattato-]) SIDe=([2,46*10-8x([PCO2]/10-pH)]+[10x[Alb]x(0,123xpH-0,469)]+[([Pi]x10/30.97)x(0.309x[pH]-0.469)]) SIDe=[HCO3-] + [Alb-] + [Pi- ] SIG= SIDa-SIDe.

  47. Materiali e metodi 340 osservazioni114 pazienti prelievi giornalieri tra le ore 6 e le ore 8 un tempo massimo di 5 giorni1°,2°,3°,5° variabili incluse caratteristiche demografiche, SAPS II,SOFA, PaO2/FiO2, elettroliti, albumina, pH,PCO2, tHb,lattato • 58 pazienti 5 giornate

  48. Caratteristiche popolazione

  49. Caratteristiche popolazione

  50. Caratteristiche popolazione

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