Equilibrio acido base

L'equilibrio acido-base, detto anche omeostasi del pH, è una delle funzioni essenziali dell'organismo. Il pH di una soluzione è la misura della sua concentrazione di H+, e poiché quest'ultima nell'organismo è molto bassa, di solito, viene espressa sulla scala logaritmica del pH che va da 0 a 14, dove il pH di 7,0 è neutro. Il valore normale del pH dell'organismo è 7,40, lievemente alcalino. La concentrazione di ioni H+ è finemente controllata. Le proteine intracellulari quali enzimi e i canali di membrana sono particolarmente sensibili al pH, poiché la loro funzione dipende dalla loro forma tridimensionale che può essere alterata da alte concentrazioni di H+. Il pH anomalo può, anche, influenzare significativamente l'attività del sistema nervoso. Se il pH diminuisce significativamente (acidosi) i neuroni sono meno eccitabili e il sistema nervoso centrale risulta depresso. I pazienti diventano confusi e disorientati, poi entrano in coma. Se, invece, il pH aumenta significativamente (alcalosi), i neuroni sono ipereccitabili, e scaricano potenziali di azione in risposta a stimoli minimali. Se l'alcalosi diviene severa, la contrazione muscolare si trasforma in uno stato di contrazione mantenuta nel tempo che paralizza i muscoli respiratori. Comunque, le alterazioni dell'equilibrio acido-base sono associate ad alterazioni del bilancio del potassio. Questo dipende in parte dal trasportatore renale che trasporta ioni K+ e H+ per antiporto. Nell'acidosi, il rene espelle H+ ed assorbe K+ mentre nell'alcalosi avviene il contrario. La maggior parte dei metaboliti intermedi e dei cibi sono acidi organici che si ionizzano e quindi forniscono ioni H+ ai liquidi organici. Ma la maggior fonte di acidi in condizioni normali coinvolge la CO2 prodotta durante la respirazione aerobica. L'anidride carbonica non è un acido perché non contiene alcun atomo di idrogeno. Tuttavia, la CO2 prodotta dalla respirazione si combina con acqua per formare acido carbonico (H2CO3), che si dissocia in H+ e HCO3- (bicarbonato). L'organismo fa fronte a queste variazioni di pH tramite tre meccanismi: (1) i sistemi tampone che sono sempre presenti e impediscono ampie variazioni di pH (come ad esempio l'emoglobina che tampona gli ioni H+ prodotti dalla reazione CO2 con H2O), (2) la ventilazione da parte dei polmoni che può tamponare il 75% della maggior parte delle alterazioni di pH e, infine, (3) la regolazione renale di H+ e HCO3-. I reni, infatti, modificano il pH in due modi: direttamente, per escrezione o riassorbimento di H+ e, indirettamente, modificano la velocità a cui il tampone HCO3- è riassorbito o escreto. Nell'acidosi, il rene secerne gli ioni H+ nel lume tubulare usando il trasporto attivo sia diretto sia indiretto. A questo punto l'ammoniaca derivante dagli amminoacidi, nei reni agisce come tampone, intrappolando gli ioni H+ sotto forma di NH4+ e consentendo l'escrezione di una maggiore quantità di ioni H+. In corso di alcalosi, invece, i reni invertono questo processo, secernendo HCO3- e riassorbendo ioni H+, nel tentativo di riportale il pH a livelli normali. Nel primo caso, quello di acidosi, il tubulo prossimale secerne H+ e riassorbe HCO3- attraverso due vie:
1.La prima via converte HCO3- filtrato in CO2, e quindi nuovamente in HCO3-. Infatti, l'H+ secreto dalle cellule del tubulo prossimale nel lume, in scambio con Na+ filtrato, si combina con HCO3- per formare CO2 nel lume. Questa diffonde nelle cellule del tubulo prossimale e si combina con l'acqua per formare H2CO3, che si dissocia formando H+ e HCO3- nel citoplasma. A questo punto, l'H+ è secreto mentre l'HCO3- è trasportato fuori dalla cellula dal simporto Na+/HCO3-. Il risultato finale di questo processo è il riassorbimento degli ioni Na+ e HCO3- filtrati e la secrezione dello ione H+;
2.La seconda via deriva dal metabolismo dell'amminoacido glutammina. Questa nelle cellule del tubulo prossimale perde i suoi gruppi amminici, che diventano ammoniaca (NH3). A sua volta l'ammoniaca tampona gli ioni H+ divenendo ione ammonio, che è trasportato nel lume in scambio con uno ione Na+, e consente l'escrezione di una maggiore quantità di ioni H+.
Anche il nefrone distale svolge un compito significativo nella regolazione fine dell'equilibrio acido-base. Le cellule intercalate disseminate tra le cellule principali, sono responsabili della regolazione acido-base. Queste sono caratterizzate da un'elevata concentrazione di anidrasi carbonica nel citoplasma. Questo enzima permette loro di convertire rapidamente CO2 e acqua in ioni H+ e HCO3-. Gli ioni H+ sono pompati fuori dalle cellule intercalate dalla H+-ATPasi, invece, il bicarbonato lascia le cellule tramite lo scambiatore per antiporto HCO3--Cl-. Vi sono due tipi di cellule intercalate, i cui trasportatori sono localizzati su versanti diversi della cellula epiteliale. In periodi di acidosi, le cellule intercalate di tipo A secernano H+ e riassorbono bicarbonato. In periodi di alcalosi, invece, le cellule intercalate di tipo B secernano HCO3- e riassorbono H+.