pH

Ph Obecně

pH = -log10 [H+]

Definice

Bronsted-Lowry (1923)

• Kyselina: H+ donor
• Báze: H+ akceptor
• Síla
• Tendence odevzdat /přijmout hydrogenový iont do/z rozpustidla (vody v biologických systémech)

H+ - Hydrogenové ionty (protony) v roztoku

• Neexistují volně ale jsou vázány s okolními molekulami vody vodíkovými vazbami
• (H3O+)

Koncentrace H+

• Zvýšení [H+] o faktor 2 = pokles pH o 0.3
• PH 7.40 = 40 nmol/l
• PH 7.00 = 100 nmol/l
• PH 7.36 = 44 nmol/l
• PH 7.44 = 36 nmol/l

Regulace pH

• Pomocí pufrů = kompenzace
• Regulačními orgány = korekce

“Fixní” kyseliny

• Denně cca 500–1000 mmol H+ [2]
• Silné většinou anorganické kyseliny
• Metabolismus zejm. proteinů - AMK
• K. sírová (Met, Cys)
• K. chlorovodíková (Arg, Lys)
• Metabolismus nukl. kyselin
• K. fosforečná (zejm. DNA)
• Laktát
• Anaerobní glykolýza
• Metabolismus mastných kys. › ketogeneze
• Kys. acetooctová
• Kys. hydroxymáselná

Volatilní kyseliny

• CO2 - H2CO3

Literatura:

[1] 13_acidobaze.pdf (application/pdf objekt). URL < www.med.muni.cz/patfyz/powerpnt/0607/13_acidobaze.pdf >.
[2] Acidobazická rovnováha (ABR). URL < lekari.porodnice.cz/acidobazicka-rovnovaha-abr >.

Ketony

Extracelulární pH

• Normální pH arteriální krve je 7,40 ± 0,02 ([H+] = 38–42 nmol/l)[2]
• Možný život, je 6,8–7,8 ± 0,1 (10–160 nmol/l) [2]
• Vyšší o cca 0.5 až 0.6 pH než intracelulární pH
• Zhruba 4-násobný gradient
• Usnadňuje přestup H+ z buňky
• PH smíšené venózní krve nižší o 0,02–0,05 pH
• PH intersticiální tekutiny nižší o 0,03–0,015 pH [2]

pH plazmy

• PH 7.4 (7.36-7.44) › normální
• PH 7.0 › neutrální ale fatální!!!

pH arteriální krve

• Přesnější
• Hodnoty venózní krve proměnlivé dle metabolických nároků jednotlivých tkání

Acidemie

• Arteriální pH<7.36 = [H+]>44 nM

Alkalemie

• Arteriální pH>7.44 = [H+]<36 nM

Exkrece fixních kyselin ledvinami (aniont a příslušný H+)

• Cca 100 mmol/den

Anion gap - AG

• AG = [Na+] - [Cl-] - [HCO3-]
• Cca 12 - 15
• Koncentrace všech běžně neměřených aniontů v plazmě
• Zjem. negativně nabité proteiny
• Cca 10% plazmatických aniontů
• Laktát
• Acetoacetát
• Sulfát

Base excess (nebo deficit) - BE

• HCO3- vzestup nebo pokles
• Množství fixní kyseliny nebo báze, která musí být přidána k 1 litru krve nasycené kyslíkem při PCO2 40 torrů (5,32 kPa), aby se pH vrátilo k normě (tj. 7,4) [2]
• Normální hodnoty jsou ± 2,3 mmol/l [2]

Buffer base – BB - sdružené nárazníkové báze

• Celkové množství nárazníkových zásad, které mohou přijímat H+ v krvi
• Normální hodnoty 46–52 mmol/l krve nasycené kyslíkem [2]

Literatura:

[1] 13_acidobaze.pdf (application/pdf objekt). URL < www.med.muni.cz/patfyz/powerpnt/0607/13_acidobaze.pdf >.
[2] Acidobazická rovnováha (ABR). URL < lekari.porodnice.cz/acidobazicka-rovnovaha-abr >.

Intracelulární pH

• Intracelulární pH kolísá v rozmezí 6,0–7,3 [2]
• Udržováno zhruba neutrální (6.8 při 37°C)
• Intermediární metabolity ionizovány a zadrženy v buňce
• Stabilita zásadní pro metabolizmus - udržováno:
• Pufrováním -intracelulární proteiny
• Chemické
• Metabolické
• Sekvestrace v organelách
• Změnami arteriálního pCO2
• únikem fixních kyselin z buňky do extracelulární tekutiny

• PN › [H+] = [OH-]
• PN=7.0 při 25°C pro čistou H2O
• PN=6.8 při 37°C intracelulárně

Ionizace nízkomolekulárních rozpustných látek ve vodě

• Všechny známé nízkomolekulární a ve vodě rozpustné sloučeniny jsou téměř kompletně ionizovány při neutrálním pH
• PH-dependentní ionizace (tj. náboj)
• účinný mechanismus intracelulárního zadržení ionizovaných látek v cytoplazmě a organelách

vzestup intracelulárního pH

• Stimuluje glykolýzu [3]
• Respirační alkalóza

Literatura:

[1] 13_acidobaze.pdf (application/pdf objekt). URL < www.med.muni.cz/patfyz/powerpnt/0607/13_acidobaze.pdf >.
[2] Acidobazická rovnováha (ABR). URL < lekari.porodnice.cz/acidobazicka-rovnovaha-abr >.
[3] Medicabáze.cz - váš online lékařský slovník - Detail hesla. URL < www.medicabaze.cz/index.php?sec=term_detail&categId=33&cname=Vnit%C5%99n%C3%AD+l%C3%A9ka%C5%99stv%C3%AD&what=full&termId=3571&tname=Hypofosfat%C3%A9mie&h=empty#jump >.

K+

Ledviny

Proximální tubulární mechanizmy

• Reabsorpce filtrovaného HCO3
• Produkce NH4 + z glutaminu v prox. tubulu za současné tvorby HCO3
• Většina recykluje v dřeni ledviny
• Pokud odvedeno krví zpět do játer - vznik močoviny

Distální tubulární mechanizmy:

• Net exkrece H+
• Normálně 70mmol/den
• Max. 700mmol/den

Celková exkrece H+

• Zvýšit až 1000x!!!
• PH moči pod 4.5
• Zvýšení “titrovatelné” acidity (TA)
• fosfáty
• Obohacení luminální tekutiny o NH4+
• Reabsorpce zbývajícího HCO3

CO2 - H2CO3 - HCO3-

• CO2 + H2O - H2CO3 - H+ + HCO3-

Produkce CO2

• Kompletní oxidací substrátů
• 20% celkové denní produkce
• CO2 vydýchána plícemi
• Denně produkováno přibližně 10 000 mmol H+ [2]

Hyperkapnie

• CO2 pohotově proniká plazm. mebránou
• útlum intracelulárního metabolizmu

Extrémně vysoká hyperkapnie (pCO2>100mmHg)

• Anestetický efekt
• Příznaky z hypoxemie

Kys. uhličitá / bikarbonát (H2CO3 / HCO3-) - Bikarbonátový nárazníkový systém

• Slabá k. uhličitá
• Konjugovaná báze - bikarbonát
• H2CO3
• Disociuje na H+ a HCO3-
• Henderson-Hasselbachova rovnice:
• PH = 6.1 + log([HCO3-] / 0.03 pCO2)
• Koncentrace složek může být měněna:
• Respirací
• Exkrece CO2 alveolární ventilací v plících min. 12,000 mmol/den
• Ledvinami
• Vylučováním
• Reabsorpcí filtrovaného bikarbonátu
• 4,000 - 5,000 mmol/den
• V těhotenství je snížen renální práh pro vylučování bikarbonátů [2]
• Přeměna NH4+ na ureu spotřebovává HCO3 [1]

• 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
• Disociuje se další molekula H2CO3
• H2CO3 je v dynamické rovnováze s CO2 rozpuštěným v krvi a v tělesných tekutinách
• Rozpuštěný CO2 je v rovnováze s CO2 v alveolárním vzduchu
• Otevřený systém [2]

• Fyziologické pH krve 7,4
• Poměr bikarbonátu sodného a kyseliny uhličité (+ rozpuštěného CO2) 20 : 1
• Standardní bikarbonát
• Koncentrace bikarbonátů v plazmě nasycené kyslíkem
• Při teplotě 37 °C
• Při PCO2 40 torrů (5,32 kPa)
• Při vyloučení respiračních vlivů
• Vyjadřuje míru alkalické rezervy krve
• Normální hodnoty 21–25 mmol/l [2]
• Aktuální bikarbonát
• Koncentrace bikarbonátů v 1 litru krve nasycené kyslíkem při aktuálně naměřeném PCO2 [2]

Hemoglobin

• Hlavní pufr pro CO2

Literatura:

[1] 13_acidobaze.pdf (application/pdf objekt). URL < www.med.muni.cz/patfyz/powerpnt/0607/13_acidobaze.pdf >.
[2] Acidobazická rovnováha (ABR). URL < lekari.porodnice.cz/acidobazicka-rovnovaha-abr >.

Amoniak a urea

NH4 na ureu = spotřeba HCO3

Proteiny

• Vodíkové vazby = 3-D struktura = funkce proteinů
• bílkoviny reverzibilně váží H+ a OH- a fungují jako pufry
• Za normálního pH má bílkovina negativní náboj a působí jako báze

Aminokyseliny

Albumin

Hemoglobin

• Za normálního pH působí jako kyselina
• Nárazníková schopnost je dána přítomností imidazolové skupiny histidinu, která může vázat a uvolňovat H+;

Proteolytická aktivita

• Ve tkáních při mírně kyselém pH
• Rozpoznána v první polovině 20. století
• Tyto proteázy byly pojmenovány „kathepsin“ (řecky „ke strávení“) [1]

Literatura:

[1] RADKA ČECHOVÁ. VÝZNAM PROKATEPSINU D V ROZVOJI NÁDOROVÝCH ONEMOCNĚNÍ. 2007-Brno. MASARYKOVA UNIVERZITA, Přírodovědecká fakulta, Ústav experimentální biologie, Oddělení genetiky a molekulární biologie. URL < is.muni.cz/th/106861/prif_b/bakala.doc >.

Kys. fosforečná /(di)hydrogenfosfát (H3PO4 / H2PO4- + HPO42-)

• V plazmě se uplatňuje střední stupeň disociace kyseliny fosforečné
• Význam v plazmě malý
• Organické fosfáty jsou výrazným intracelulárním nárazníkem

Kosti

Kostní anorganická matrix

• Krystaly hydroxyapatitu (Ca10(PO4)6(OH)2]
• Příjem H+ výměnou za Ca2+, Na+ a K+
• Dlouhodobá acidóza = uvolňování HCO3-, CO3-, HPO42-
• Urémie
• RTA
• Resorpce kosti ale součást patogeneze poruchy
• Ne kompenzační mechanizmus ABR!!!

Literatura:

[1] 13_acidobaze.pdf (application/pdf objekt). URL < www.med.muni.cz/patfyz/powerpnt/0607/13_acidobaze.pdf >.

Laktát

ABR v těhotenství

• Zdravá těhotná hyperventiluje
• Snížení PCO2
• Zvýhodňuje transport CO2 od plodu k matce
• Respirační alkalóza kompenzována metabolickou acidózou
• Plazmatický bikarbonát z 25–26 mmol/l na cca 22 mmol/l
• Pokles BB
• Posun křivky Hb pro O2 doleva
• Zvýšení afinity mateřského Hb pro O2 (Bohrův efekt)
• Uvolňování O2 v mateřské krvi se snižuje
• V.s. zhoršuje uvolňování a transport kyslíku od matky k plodu
• Mírné zvýšení pH mateřské krve
• Stimuluje produkci 2,3-difosfoglycerátu v ery matky
• Zrušení Bohrova efektu a posun disociační křivky doprava
• Zvýhodněno uvolňování O2 z Hb matky pro plod [1]

Literatura:

[1] Acidobazická rovnováha (ABR). URL < lekari.porodnice.cz/acidobazicka-rovnovaha-abr >.

Acidóza

Plicní hypertenze

• I v normoxii vyvolá acidóza plicní vazokonstrikci [1]
• Pokles intracelulárního pH uzavírá napětím řízené draslíkové kanály v plasmatické membráně hladkého svalu plícnice [1]

Myokard

• V hladkém svalu koronárních tepen naopak intracelulární acidifikace napětím řízené draslíkové kanály otevírá [1]

HPV

• Hyperkapnie potencuje a hypokapnie oslabuje HPV [1]
• "Přímý účinek molekuly CO2 je možná spíše vazorelaxační" [1]
• Změny intracelulárního pH mají na HPV opačný účinek než změny extracelulární [1]
• Je tedy pravděpodobné, že pH krve se uplatňuje spíše prostřednictvím působení na složky buněčné membrány než ovlivněním intracelulárního pH, které si buňka sama přesně reguluje [1]

Lysteria monocytogenes

• Nízké pH jako jeden z kritických bezpečnostních a kvalitativních ukazatelů fermentovaných potravin [2]
• X růst Listeria monocytogenes u pH pod 4,0 [2]

Literatura:

[1] Variabilita HPV. URL < fyziologie.lf2.cuni.cz/hampl/hpv/hpv8vari.htm >.

[2] Tichovský Petr - pH a vodní aktivita. URL < tichovsky.ic.cz/html/mikro/listerie_ph.php >.

Alkalóza

Literatura:

[1]