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Fisiopatologia dell’Equilibrio Idro-Elettrolitico ed Acido-Base
Equilibrio Acido-Base
L’equilibrio acido-base è un bilanciamento dinamico tra acidi e basi, essenziale per la normale attività metabolica e la stabilità fisiologica. È mantenuto da:
Sistemi tampone interni:
neutralizzano variazioni di pH.
Sistema respiratorio:
regola la CO₂ (acido volatile).
Sistema renale:
elimina acidi non volatili e regola bicarbonato (HCO₃⁻).
L’equilibrio acido-base è strettamente legato a quello elettrolitico, poiché elettroliti come il bicarbonato agiscono come tamponi e facilitano lo scambio ionico per l’omeostasi cellulare, dei liquidi extracellulari e del plasma
Ruolo degli Elettroliti
Ione Cloro (Cl⁻)
Il cloro è il principale anione extracellulare e svolge ruoli chiave:
Sistema tampone (cloro-bicarbonato shift):
Nei globuli rossi, la CO₂ si combina con H₂O tramite anidrasi carbonica, formando acido carbonico (H₂CO₃), che si dissocia in HCO₃⁻ e H⁺.
Per mantenere l’elettroneutralità, HCO₃⁻ esce dal globulo rosso in cambio di Cl⁻, facilitando il trasporto di CO₂.
Equilibrio elettrolitico e osmolarità:
In coppia con Na⁺, il Cl⁻ mantiene la neutralità elettrica e la pressione osmotica del fluido extracellulare, controllando il volume plasmatico.
Alterazioni (ipocloremia, <96–106 mEq/L):
Alterazioni dell’equilibrio acido-base.
Impatti su osmolalità e volemia.
Effetti cardiovascolari, neuromuscolari, secrezione gastrica e funzione renale.
Ione Sodio (Na⁺)
Il sodio è il principale catione extracellulare, cruciale per:
Equilibrio idro-elettrolitico:
regola volume e osmolarità dei fluidi.
Equilibrio acido-base:
Sodium-Hydrogen Exchangers (NHE):
trasportatori di membrana che scambiano Na⁺ con H⁺, espellendo H⁺ dalle cellule per mantenere il pH intracellulare.
Produzione degli Acidi
Gli acidi prodotti nell’organismo si dividono in:
Acidi volatili:
CO₂: generata dalla respirazione cellulare, si combina con H₂O formando H₂CO₃, che si dissocia in HCO₃⁻ e H⁺. Eliminata dai polmoni.
Acidi non volatili:
Acido lattico:
prodotto durante glicolisi anaerobica, causa acidosi lattica.
Acidi chetonici:
(es. acetoacetico, β-idrossibutirrico), da metabolismo lipidico in digiuno o diabete.
Acido solforico:
da aminoacidi contenenti zolfo, eliminato dai reni, contribuisce a ridurre il pH.
Acido fosforico:
da fosfolipidi e acidi nucleici, agisce come tampone intracellulare (pKa 7,20), presente a bassa concentrazione nel plasma.
Sistemi Tampone
I sistemi tampone neutralizzano variazioni di pH:
Tamponamento extracellulare:
Sistema bicarbonato-acido carbonico: principale tampone nel sangue (HCO₃⁻ + H⁺ ↔ H₂CO₃ ↔ CO₂ + H₂O).
Proteine plasmatiche: legano/rilasciano H⁺.
Tamponamento intracellulare:
Proteine intracellulari: legano H⁺.
Fosfati: (H₂PO₄⁻ ↔ HPO₄²⁻ + H⁺), importanti nei fluidi intracellulari.
Aminoacidi: (es. istidina), agiscono come tamponi legando H⁺.
Produzione Renale di NH₄⁺
Il rene produce ammonio (NH₄⁺) per eliminare H⁺ e mantenere l’equilibrio acido-base:
Metabolismo della glutamina:
Nei tubuli prossimali, la glutamina è deaminata da glutaminasi e glutammato deidrogenasi, producendo ammoniaca (NH₃), bicarbonato (HCO₃⁻), glutammato e α-chetoglutarato.
Formazione di NH₄⁺:
NH₃ diffonde nel lume tubulare, dove si combina con H⁺ (secreto dalle cellule tubulari) formando NH₄⁺ (NH₃ + H⁺ → NH₄⁺).
NH₄⁺, essendo carico, resta intrappolato nel lume (“intrappolamento ionico”) ed è escreto con l’urina, eliminando H⁺.
Emogasanalisi (EGA)
L’emogasanalisi valuta l’equilibrio acido-base e la funzione respiratoria. Valori normali:
pH arterioso: 7,35–7,45 (equilibrio: 7,38–7,42).
PaO₂: 75–100 mmHg.
PaCO₂: 35–45 mmHg.
SaO₂: >95%.
HCO₃⁻: 22–26 mEq/L.
Regolazione Respiratoria
Chemocettori:
Periferici
(glomi carotidei/aortici): sensibili a variazioni di PO₂, PCO₂ e pH.
Centrali:
sensibili a pH del liquido cerebrospinale e intracellulare.
Centri respiratori (tronco encefalico):
Bulbare: controllo inspiratorio/espiratorio.
Apneustico: prolunga l’inspirazione.
Pneumotassico: regola frequenza respiratoria.
Effettori:
muscoli respiratori (diaframma, intercostali), con controllo misto (volontario/involontario).
Risposta:
Aumento di CO₂, H⁺ o calo di pH → iperventilazione (elimina CO₂, aumenta pH).
Recettori meccanici (pleura, bronchioli, alveoli) sensibili allo stiramento stimolano l’espirazione.
Regolazione durante l’Esercizio
La ventilazione aumenta linearmente con l’intensità dell’esercizio, poi raggiunge soglie:
Soglia ventilatoria 1 (SV1): aumento di CO₂, lattati e H⁺ (metabolismo anaerobico), tamponati da bicarbonati.
Soglia ventilatoria 2 (SV2): forte aumento di H⁺, calo del pH, iperventilazione significativa.