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2. MALATTIE ENDOCRINE E METABOLICHE

12. METABOLISMO IDRO-ELETTROLITICO, MINERALE E ACIDO-BASE

METABOLISMO ACIDO-BASE

La concentrazione ematica dello ione idrogeno (H+) viene mantenuta entro limiti molto ristretti. La concentrazione plasmatica arteriosa di H+ è compresa fra 37 e 43 nmol/l (fra 37  10-6 e 43  10-6 mEq/l). Il mantenimento dell'H+ a questi livelli così bassi è essenziale per la funzione cellulare normale, a causa dell'alta reattività fra l'H+ e altri composti, specialmente le proteine. Il pH (logaritmo negativo della concentrazione di H+) è una misura molto meno scomoda rispetto alle concentrazioni fisiologiche di H+ ed è ampiamente utilizzato in medicina clinica. Il pH normale del sangue arterioso è compreso fra 7,37 e 7,43.

Sia la funzione polmonare sia quella renale mantengono il pH ematico entro questi limiti. Le variazioni respiratorie della ventilazione/minuto si verificano rapidamente in risposta ai disturbi dell'equilibrio acido-base e modificano prontamente il pH ematico variando la concentrazione dell'acido carbonico mediante modificazioni della Pco2 del sangue. I reni variano l'escrezione degli equivalenti acidi o basici e in definitiva modificano la concentrazione del HCO3- per determinare una variazione del pH ematico. Gli adattamenti renali alle modificazioni dell'equilibrio acido-base si verificano nel volgere di diversi giorni, mentre le modificazioni indotte dalla respirazione si verificano generalmente nel giro di alcuni minuti o di ore. Sia la funzione polmonare sia quella renale agiscono in modo da compensare i disturbi dell'equilibrio acido-base, al fine di mantenere il pH ematico all'interno dei valori normali.

Le ampie fluttuazioni della concentrazione di H+ sono inoltre prevenute dalla presenza di diversi sistemi tampone per il pH. Questi tamponi sono costituiti da acidi deboli che si trovano in equilibrio con le basi corrispondenti al pH fisiologico. I tamponi rispondono alle modificazioni della [H+] modificando le concentrazioni relative del tampone e della base corrispondente per smorzare le modificazioni del pH. I fosfati, l'ammoniaca, le proteine (compresa l'emoglobina) e l'osso contribuiscono tutti alla capacità di tamponamento del pH, ma il principale tampone del pH nel sangue, e quello che riguarda più da vicino i disturbi clinici dell'equilibrio acido-base, è il sistema bicarbonato/acido carbonico.

L'enzima anidrasi carbonica converte rapidamente l'acido carbonico presente nel sangue in CO2 e acqua. La pressione parziale del gas CO2 (Pco2) viene misurata facilmente nei campioni di sangue ed è direttamente proporzionale al contenuto di CO2 del sangue; di conseguenza, la Pco2 viene utilizzata per rappresentare la concentrazione dell'acido nel sistema. La concentrazione della base nel sistema può essere determinata direttamente misurando la concentrazione del HCO3-. Le concentrazioni plasmatiche di bicarbonato e di CO2 e il pH sono correlati fra loro dal punto di vista chimico dall'equazione di Henderson-Hasselbalch:

dove 6,1 è il pKa (logaritmo negativo della costante di dissociazione acida) per l'acido carbonico e il fattore 0,03 correla la Pco2 alla quantità di CO2 disciolta nel plasma. Sebbene sia macchinosa e piuttosto difficile da utilizzare al letto del paziente, l'equazione di Henderson-Hasselbalch costituisce una correlazione molto importante. Essa indica che è il rapporto fra l'HCO3-e la CO2 disciolta, piuttosto che le loro concentrazioni effettive, a determinare il pH ematico. Questo sistema tampone ha un'importanza fisiologica, perché sia i meccanismi polmonari sia quelli renali per la regolazione del pH funzionano attraverso regolazioni di questo rapporto. La Pco2 può essere modificata rapidamente mediante modificazioni della ventilazione/minuto respiratoria, mentre la [HCO3-] plasmatica può essere variata attraverso la regolazione della sua escrezione a livello renale.

I disturbi clinici del metabolismo acido-base vengono classicamente definiti in relazione al sistema tampone HCO3-/CO2. Gli aumenti o le diminuzioni del HCO3- sono denominati rispettivamente alcalosi metabolica o acidosi metabolica. Gli aumenti o le diminuzioni della Pco2 sono denominati rispettivamente acidosi respiratoria o alcalosi respiratoria. I disturbi semplici dell'equilibrio acido-base comprendono sia l'alterazione primitiva sia una reazione compensatoria prevedibile. Per esempio, nell'acidosi metabolica si osservano una riduzione primitiva della concentrazione plasmatica di HCO3- e una riduzione secondaria della Pco2 dovuta al compenso respiratorio.

La Tab. 12-8 illustra le modificazioni primitive dei quattro disturbi semplici dell'equilibrio acido-base e i meccanismi di compenso previsti.

I disturbi misti dell'equilibrio acido-base sono disordini più complessi nei quali coesistono due o più alterazioni primitive. I meccanismi compensatori esistono anche nei disturbi misti dell'equilibrio acido-base. I disturbi misti vengono identificati generalmente quando si osserva una compensazione di entità minore o maggiore rispetto al previsto per un determinato disturbo primitivo dell'equilibrio acido-base. I nomogrammi permettono la rappresentazione grafica simultanea del pH, del HCO3- e della Pco2 e semplificano molto il riconoscimento dei disturbi misti. Il trattamento deve essere rivolto a ciascun disturbo primitivo. La determinazione del pH, della Pco2 e del HCO3- del sangue arterioso, insieme con il riconoscimento del processo patologico di base, è di solito sufficiente per risolvere in modo corretto la maggior parte dei disturbi clinici dell'equilibrio acido-base.

I disturbi dell'equilibrio acido-base possono influenzare notevolmente il trasporto di O2 e l'ossigenazione tissutale. Le variazioni acute della concentrazione di H+ modificano rapidamente la curva di dissociazione dell'ossi-emoglobina (effetto Bohr); l'acidemia sposta la curva verso destra (riduzione dell'affinità dell'Hb per l'O2 e facilitazione del rilascio di O2 ai tessuti) e l'alcalemia sposta la curva verso sinistra (aumento dell'affinità dell'Hb per l'O2 e riduzione del rilascio di O2 ai tessuti). Tuttavia, quando l'acidosi o l'alcalosi sono croniche, questi effetti acuti sul legame Hb-O2 vengono modificati da variazioni che si sviluppano più lentamente nella concentrazione eritrocitaria di 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG). Di conseguenza, un aumento cronico dello ione H+ inibisce la formazione di 2,3-DPG (portando a un aumento dell'affinità dell'Hb per l'O2) e una riduzione cronica dello ione H+ aumenta i livelli di 2,3-DPG (portando a una diminuzione dell'affinità dell'Hb per l'O2). Tali modificazioni acute del trasporto di O2 e dell'ossigenazione tissutale possono avere un ruolo nella produzione delle manifestazioni a carico del SNC dell'alcalemia acuta, ma la loro importanza clinica nell'acidosi rimane incerta.

Il rene svolge un ruolo di primo piano nella regolazione della concentrazione del HCO3- nel ECF. Praticamente tutto il HCO3- plasmatico viene filtrato dal glomerulo. Grandi quantità di ione H+ vengono secrete nel lume del tubulo renale prossimale in scambio con il Na. Per ogni ione H+ secreto, viene richiamato nel ECF uno ione HCO3-. In questo modo si verifica un riassorbimento netto del HCO3- filtrato. Poiché il pH del liquido che lascia il tubulo prossimale è circa 6,5, la maggior parte del HCO3- viene riassorbita nel tubulo prossimale. Nel tubulo distale, la secrezione di ione H+ è parzialmente dipendente dal riassorbimento del Na mediato dall'aldosterone. Il riassorbimento del HCO3- può continuare nel nefrone distale su un gradiente notevole, dal momento che il pH urinario in questo segmento del nefrone può essere ridotto fino a 4,5-5,0. In tutto il nefrone, lo ione H+ secreto viene neutralizzato dai tamponi urinari come il PO4 (acidità titolabile) e l'ammoniaca. In questa maniera, il HCO3- filtrato dal punto di vista operativo viene riassorbito e può essere generato nuovo HCO3-, per rimpiazzare quello consumato nelle reazioni tampone dell'organismo. Poiché il Na filtrato viene riassorbito in associazione con il Cl oppure per scambio cationico con lo ione H+ o in minor misura con il K, il Na totale riassorbito corrisponde approssimativamente alla somma del Cl riassorbito e dello ione H+ secreto. Esiste pertanto una relazione inversa tra il riassorbimento del Cl e la secrezione dello ione H+, che è altamente dipendente dal livello esistente di riassorbimento del Na.

Il riassorbimento renale di HCO3- è influenzato anche dai depositi corporei di K. Esiste una relazione reciproca generale tra il contenuto intracellulare di K e la secrezione di ioni H+. Pertanto, la deplezione di K è associata con l'aumento della secrezione di ioni H+ e la contemporanea generazione di HCO3-, che porta a un aumento del HCO3- nel ECF e ad alcalosi metabolica. Infine, il riassorbimento renale di HCO3- è influenzato dalla Pco2 e dallo stato del bilancio dei cloruri. L'aumento della Pco2 conduce a un aumento del riassorbimento di HCO3-. La deplezione di Cl conduce a un aumento del riassorbimento di Na e alla generazione di HCO3- da parte del tubulo prossimale. Sebbene una deplezione di Cl possa essere prodotta sperimentalmente senza deplezione di volume del ECF, in situazioni cliniche la deplezione di Cl è generalmente sinonimo di deplezione di volume del ECF.

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