Acidobazický stav organismu je určen koncentrací vodíkových iontů [H+] v tělních tekutinách. Vzhledem k jejich nízkým hodnotám je vyjadřována jako pH (pH = –log [H+]). Normální pH arteriální krve je 7,40 ± 0,02 ([H+] = 38–42 nmol/l). Rozmezí pH arteriální krve, při kterém je možný život, je 6,8–7,8 ± 0,1 (10–160 nmol/l). V porovnání s arteriální krví je pH smíšené venózní krve nižší o 0,02–0,05, intersticiální tekutiny o 0,03–0,015. Intracelulární pH kolísá v rozmezí 6,0–7,3.
Produkce H+
Normální metabolické procesy produkují stále vodíkové ionty. Koncovým produktem karbohydrátů, tuků a aminokyselin je oxid uhličitý (CO2), který při reakci s vodou tvoří nestabilní kyselinu uhličitou (H2CO3). Ta dále disociuje na:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
Kyselina uhličitá je ve formě CO2 vydýchána plícemi (viz níže). Do tělních tekutin je tímto způsobem denně produkováno přibližně 10 000 mmol H+.
Menší množství tzv. fixních kyselin vzniká při metabolismu bílkovin obsahujících síru (kyselina sírová) a při oxidaci bílkovin, tuků a nukleových kyselin obsahujících fosfor (kyselina fosforečná). Množství fixních kyselin tvořených za 24 h je závislé na druhu diety, v průměru je to 500–1000 mmol H+.
Při patologických stavech se v tělních tekutinách mohou hromadit organické kyseliny tvořené katabolismem tuků a cukrů, které se normálně rozkládají na CO2 a H2O. Např. při hypovolemickém či jiném cirkulačním šoku se může koncentrace kyseliny mléčné v tkáni výrazně zvýšit v důsledku nedostatečné tkáňové perfúze a aktivací anaerobní glykolýzy (laktátová acidóza).
Regulace pH
Udržování úzkého rozmezí pH je životně důležité. Organismus má velmi účinné regulační mechanismy, kterými se brání změnám pH. Stabilita pH vnitřního prostředí je zajišťována nárazníkovými systémy, respirační a renální regulací.
Extra- a intracelulární nárazníkové systémy umožňují rychlé chemické pufrování kyselin a bází. Rozlišujeme dva základní typy:
- bikarbonátový nárazníkový systém,
- nebikarbonátové nárazníkové systémy.
Bikarbonátový nárazníkový systém má největší význam, protože koncentrace jeho složek může být měněna podle potřeb organismu účinnými mechanismy respirace a vylučováním ledvinami. Systém je složen ze slabé kyseliny uhličité a konjugované báze, bikarbonátu . H2CO3 disociuje na H+ a HCO3- (rovnici viz výše). Jsou-li k roztoku H2CO3 přidány ionty H+, rovnováha se posunuje doleva a H+ ionty jsou z roztoku odnímány. Jsou-li přidány ionty OH-, vytvářejí spolu s H+ vodu a disociuje se další molekula H2CO3. H2CO3 je v dynamické rovnováze s CO2 rozpuštěným v krvi a v tělesných tekutinách. Rozpuštěný CO2 je pak v rovnováze s CO2 v alveolárním vzduchu, což činí z bikarbonátového nárazníkového systému otevřený systém.
Za fyziologického pH krve 7,4 je poměr koncentrací bikarbonátu sodného a kyseliny uhličité (+ rozpuštěného CO2) 20 : 1, protože:
Tzv. standardní bikarbonát = koncentrace bikarbonátů v plazmě nasycené kyslíkem, při teplotě 37 °C a při PCO2 40 torrů (5,32 kPa). Jde o koncentraci bikarbonátů při vyloučení respiračních vlivů vyjadřující míru alkalické rezervy krve. Normální hodnoty jsou 21–25 mmol/l. Tzv. aktuální bikarbonát představuje koncentraci bikarbonátů v 1 litru krve nasycené kyslíkem při aktuálně naměřeném PCO2.
Nebikarbonátové nárazníkové systémy:
- bílkoviny – mohou reverzibilně vázat H+ a OH- a fungují jako pufry, za normálního pH má bílkovina negativní náboj a působí jako báze;
- hemoglobin – za normálního pH působí jako kyselina, jeho nárazníková schopnost je dána přítomností imidazolové skupiny histidinu, která může vázat a uvolňovat H+;
- fosfáty – v plazmě se uplatňuje střední stupeň disociace kyseliny fosforečné; význam tohoto nárazníku je v plazmě malý, organické fosfáty jsou výrazným intracelulárním nárazníkem.
Celkové množství nárazníkových zásad, které mohou přijímat H+ v krvi, se nazývá sdružené nárazníkové báze (buffer base – BB). Normální hodnoty jsou 46–52 mmol/l krve nasycené kyslíkem. Tzv. přebytek zásad (base excess – BE) označuje množství zásad, které je třeba ubrat nebo přidat (u alkalózy nebo acidózy) k 1 litru krve nasycené kyslíkem při PCO2 40 torrů (5,32 kPa), aby se pH vrátilo k normě (tj. 7,4). Normální hodnoty jsou ± 2,3 mmol/l.
Respirační regulace
Periferní (glomus caroticum a oblouk aorty) a centrální (dechová centra) chemoreceptory reagují na změny PCO2, O2 a pH krve a míšního moku. Zvýšení PCO2, event. pokles pH zvyšují plicní ventilaci a naopak. Změny ventilace mohou měnit PCO2 v alveolech, který je v rovnováze s PCO2 v arteriální krvi. CO2 spolu s vodou tvoří kyselinu uhličitou, která částečně disociuje:
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
Změny alveolárního PCO2 mění proto rovnováhu rovnice: zvýšení alveolárního PCO2 (hypoventilace) posunuje reakci zleva doprava, takže dojde ke zvýšení H+ a opačně.
Renální regulace
Ledviny se podílejí na udržování acidobazické rovnováhy pomocí vylučování iontů H+ a pomocí vylučování a reabsorpce bikarbonátů. V těhotenství je snížen renální práh pro vylučování bikarbonátů.
ABR v těhotenství
Zdravá těhotná žena hyperventiluje ve srovnání s netěhotnou, a to způsobuje snížení PCO2 a respirační alkalózu. Respirační alkalóza je kompenzována metabolickou acidózou. Koncentrace plazmatického bikarbonátu se snižuje z 25–26 mmol/l na hodnoty okolo 22 mmol/l, snižuje se i koncentrace sdružených nárazníkových bází (buffer base). Výsledkem je minimální zvýšení pH. Zvýšení pH v krvi způsobuje posun disociační křivky hemoglobinu pro kyslík doleva a zvýšení afinity mateřského hemoglobinu pro kyslík (Bohrův efekt). Uvolňování kyslíku v mateřské krvi se snižuje. Hyperventilace způsobující snížení PCO2 u matky zvýhodňuje transport CO2 od plodu k matce, ale zdá se, že se zhoršuje uvolňování a transport kyslíku od matky k plodu. Mírné zvýšení pH mateřské krve v důsledku transportu CO2 od plodu k matce stimuluje produkci 2,3-difosfoglycerátu v erytrocytech matky, což má za následek zrušení Bohrova efektu a posun disociační křivky doprava, a tak je zvýhodněno uvolňování kyslíku z hemoglobinu matky a transport kyslíku od matky k plodu.
