Sav-bázis egyensúly - FETeV
A pH érték szabályozását az extracelluláris térben (a sejten kívül) különféle puffer rendszerek szabályozzák. Ez nagyon fontos, mivel a pH-értéket szűk tartományban kell tartani, mégpedig 7,36-7,44 között. Ha az értékek e határ alatt vannak, akkor acidózisról vagy acidózisról beszélünk. Ez súlyos egészségügyi problémákat okozhat a szervezet számára. A döntő kritérium a savkoncentráció szintje a bázisok arányához viszonyítva. Paraméterként a széndioxid (CO2) és a bikarbonát (HCO3-) arányát használják a véráramban.
A szén-dioxid részben szénsavként van jelen a test vizével történő reakció eredményeként. Ez felszabadíthatja hidrogénionjait, ami megkülönbözteti savként. A bikarbonát képes felszívni a hidrogént, ezért bázisnak nevezik. A savak és bázisok koncentrációját különféle puffer rendszerek szabályozzák, így fiziológiai körülmények között a sav-bázis arány egyensúlyhiánya azonnal egyensúlyba kerül.
A puffer rendszerek jelentősége
A pufferoldatok olyan folyadékok, amelyek pH-értékét alig változtatják meg savak vagy bázisok hozzáadása ellenére. Ezek olyan puffersavakból állnak, amelyek felszabadítják a protonokat (H +), és a puffer bázisokból, amelyek protonokat képesek felvenni. A puffer rendszerek döntő fontosságúak a szervezet számára, mivel az enzimek pH-függőek, és sok anyagcsere-folyamat csak szűk pH-tartományban zajlik.
A szénsav-hidrogén-karbonát puffer a legfontosabb puffer rendszer az emberi testben. Puffersavként szénsavból (H2CO3) és pufferbázisként hidrogén-karbonátból (HCO3 -) áll. A szabályozás a puffersav CO2 formájában történő kilégzésével vagy a HCO 3 pufferbázis vese általi kiválasztásával történik.-.
Acidózis (acidózis): A bázikus hidrogén-karbonát felszívja a protonokat (H +) a környező környezetből, és maga válik szénsavvá. Ez vízre és szén-dioxidra bomlik, amelyet kilélegeznek. Ha túl savas vagy, akkor intenzívebben fog lélegezni annak érdekében, hogy több szén-dioxid távozzon a szervezetből. Kisebb mértékben a protonok a vesén keresztül is kiválasztódhatnak.
Bázikus környezet (alkalózis): a szénsav protont szabadít fel a bázikus hidridionokhoz (OH-), amelyek reakcióba lépve vizet képeznek. Ez a szénsavat hidrogén-karbonáttá alakítja, amely nagyobb mértékben kiválasztódik a vesén keresztül. A lassabb légzés a szén-dioxidot is visszatarthatja a szervezetben.
A vérben történő szabályozás
Miután a CO2 felszabadult a szövetből a vérbe, főleg az eritrociták (vörösvértestek) szívják fel, és vízzel való reakció során szénsavat (H2CO3) képeznek. A szénsav felszabadíthatja hidrogénionjait (H +), ami megkülönbözteti savként. A H + ezen felszabadulása hidrogén-karbonát képződéséhez vezet, amely elhagyja a vérsejtet, és a vérárammal a tüdőbe jut.
A HCO3- képes hidrogénion felvételére, ezért bázisnak nevezik. Ez a folyamat szükséges a szén-dioxid tüdőn keresztüli kilégzéséhez. A szabad hidrogén-karbonátot ismét felveszik az eritrocitákba, és ott ismét szénsav képződésével szén-dioxiddá, amelyet ezután kilélegeznek.
A szén-dioxid kis része az eritrocitákban marad, pontosabban a hemoglobinhoz kötődve, a tüdőbe történő szállítás során. A fennmaradó szén-dioxid-molekulák oldott formában felszabadulnak rendeltetési helyükre.
Mivel kialakul a hemoglobinhoz való kötődés és a HCO3 protonokká való átalakulás, a vérben pufferrendszerre is szükség van, hogy megakadályozzák a pH-érték csökkenését. Ebben nagy szerepe van a hemoglobinnak. Az oxigén felszabadulása a szövetbe deoxihemoglobint hoz létre, amely könnyen felszívja a felesleges hidrogénionokat. A tüdőben a hemoglobin oxigénhez kötődik, ennek eredményeként hidrogénionok szabadulnak fel. Ez praktikus, mivel a szén-dioxid és a víz képződéséhez itt hidrogénionokra van szükség. A bikarbonát, az albuminok és a foszfát további pufferek a vérben.
Szabályozás a szervekben
Annak megértése érdekében, hogy az acidózis különféle formái hogyan alakulhatnak ki, meg kell magyarázni a szervek sav-bázis egyensúlyának egyedi szabályozási mechanizmusait.
Tüdő
A tüdő a sav-bázis egyensúly szempontjából kulcsfontosságú szabályozó rendszert képvisel, nyitott pufferrendszernek számít, amely a legnagyobb mennyiségű savat veszi ki légzéssel. A szén-dioxid nagy mennyiségben termelődik, ha a tápanyagok metabolizálódnak. Egyrészt a magas lipidoldékonyság és másrészt a magas koncentrációgradiens miatt a CO2 gyors felszabadulása a külső levegőbe elősegíti mindaddig, amíg az megfelel az intracelluláris CO2 termelésnek. Ez azt jelenti, hogy a szükséges H2CO3 és HCO3 arány megmarad, és a pH-érték stabil.
Vese
A vesék két legfontosabb funkciója a bikarbonát visszaszívódása és termelése, valamint a protonok kiválasztása. A hidrogén-karbonát képződése szén-dioxid és víz kombinációjával történik. A folyamat során kezdetben szénsavat állítanak elő, majd egy protont, hidrogén-karbonátot szétválasztanak, amely újra felszívódik. A protont a vizelettel választják ki pufferionok (NH3, HPO42-). Másrészt a már kialakult hidrogén-karbonát képes felszívni egy protont a szénsav képződésén keresztül, és továbbítani a vesébe, ahol a H + vagy ismét felszabadul, és más ionokhoz kötődik, vagy megmarad a hidrogén-karbonáton, és így választódik ki. A bikarbonát visszaszívódását különféle mechanizmusok segítik elő:
- Az angiotenzin II hormon jelenléte
- megnövekedett CO2 koncentráció a vérben
- a vizeletben lévő hidrogén-karbonát-koncentráció és annak áramlási sebessége.
A tubulába történő felszívódás után a HCO3- a Cl-vel cserélve szabadul fel a vérben. A H + - kiválasztás a vizelettel aktívan történik Na/K-ATPázok segítségével. Az ATP-ázokat közvetlenül az angiotenzin stimulálja. Van azonban egy közvetett szabályozási mechanizmus is, amely biztosítja, hogy több H + diffundáljon a lumenbe a membránpotenciál megváltoztatásával.
Annak érdekében, hogy a vizelet pH-értéke ne csökkenjen rendkívül, a protonok azonnal pufferionokhoz kötődnek, például hidrogén-foszfátokhoz. Ha egy bizonyos számú hidrogén-foszfát már telített protonokkal, egy tartalék mechanizmus aktiválódik: ammónium kiválasztás. Erre a célra a testben található glutamin aminosavat dezaminálják glutamáttá, amely ammóniát szabadít fel, és protonnal átalakul ammóniumionná (NH4 +). Ehhez a reakcióhoz ADP szükséges, amelyet a Na/K-ATPáz bocsát rendelkezésre, a nátrium a tubuláris sejtből az extracelluláris térbe kerül, a kálium pedig bejut a sejtbe, ezáltal felszabadítva az ADP-t. Ebből következik: Minél több NH4 + szabadul fel, annál több Na + -ot vesz fel újra az ATPáz. Mivel az ammóniumionok savasak, a vizelettel azonnal kiválasztódnak, amint dihidrogén-foszfátokkal telítettek, és hidrogén-foszfáttal történő savtalanítás már nem lehetséges. Az NH4 + feleslege tehát szisztémás acidózist jelezhet.
máj
Ez a szerv savakat és bázisokat termel, de átalakíthatja azokat is. Ezáltal a máj a sav-bázis egyensúly legfontosabb szabályozója. Néhány fontos folyamatot itt ismertetünk:
Protein szintézis
Az albumin a legtermeltebb, és fontos savpuffer, amely megköti a szén-dioxidot és a protonokat, amint feleslegben vannak ezek az anyagok. Maga a fehérje enyhén savas.
A szubsztrát oxidációja
A szubsztrát oxidációjához a teljes napi oxigénigény 1/5-ére van szükség a CO 2 termeléséhez. Egészséges embereknél a szénhidrátok és zsírok teljesen CO2-re bomlanak. Azonban az a májbetegség, amely ezt a lebontást bizonyos módon befolyásolja, metabolikus acidózist okozhat (lásd: Metabolikus acidózis.) Tulajdonságaitól függően az aminosavak vagy megsavanyítják a szövetet, ami az alap aminosavak, például arginin, lizin és hisztidin esetében vagy lúgosítás, például a glutaminsav és az aszparaginsav lebontásával. Mivel itt általában több savat termelnek, mint bázisok, ez az anyagok napi tartalmát eredményezi, amelyeket meg kell szüntetni.
Ammónium anyagcsere
Mivel a felesleges aminosavak nem tárolhatók, ezeket átalakítani, lebontani vagy kiválasztani kell. A folyamat során keletkezik az ammóniumion, amely főleg a karbamidcikluson keresztül, de kis mennyiségben a glutamátcikluson keresztül is a testből kerül ki. (Az aminosavakat alfa-keto savakra bontják, ugyanakkor az alfa-ketoglutarát átalakul glutamáttá az első reakcióban felszabaduló aminocsoport átadásával.) Mivel a karbamidciklushoz hidrogén-karbonátra van szükség, metabolikus acidózis esetén ezt az utat felváltja a glutamin képződése.
Csontrendszer
Az ásványi anyagok legnagyobb tárolója szervetlen hidroxi-apatit (Ca10 [PO4] 6 [OH] 2) 2/3-át és szerves anyagot tartalmaz. Az előbbi nagy savas pufferrendszert képvisel, mivel a csontanyag aktív felületét nagyon kis kristályok képződése jelentősen megnöveli. Ezenkívül a hidroxi-apatit foszfátja és hidroxilcsoportja helyettesíthető karbonáttal, ami nagymértékben növeli a szervezet hidrogén-karbonát-tartalékát.
Akut acidózis kompenzációja: a keringő felesleges protonokat kicserélik tárolt kationokra, mint például nátrium, kálium és némi kalcium. A hidroxi-apatit, Na/KHCO3- és Na/KHPO4-hidrát héjából teljes molekulák is mobilizálhatók.
Krónikus metabolikus acidózis kompenzációja: az osteoclast aktivitás növekedése. Ezt elősegítik olyan hormonok, mint a mellékpajzsmirigy-hormon és a D3-vitamin, és savas pH-érték stimulálják.
Emésztőrendszer
Az emésztés sebessége és mennyisége a sav-bázis egyensúlytól függ. Az itt szükséges enzimek bizonyos pH-értéket igényelnek a megfelelő működéshez. Alapvető környezetre van szükség a szénhidrátok és a zsír lebontásához, míg a fehérjék inkább a savas arányt részesítik előnyben.
gyomor
A gyomor extrém savasságának fenntartása érdekében magas protontartalomra van szükség. Ezt a parietális sejtek (a gyomor szekretáló sejtjei) vezérlik, a mitokondriális citrát ciklusból származó szén-dioxid és a H/K-ATPáz szükséges. A szivattyú segítségével a korábban KCl-ként kiválasztott káliumot visszavezetik a sejtekbe, és felszabadítják a H + -ért cserébe. Ez a hidrogénion elérhetővé válhat a vízből és szén-dioxidból keletkező szénsavval. Így bikarbonát marad, amely nátriumhoz kötődik és bejut a véráramba. Ez növeli a vér pH-értékét és ezáltal a pufferkapacitást. Ez megfelel az evés utáni folyamatnak. Erre a keringő hidrogén-karbonátra a többi emésztőszervnek szüksége van a chyme pH-jának elsavasításához, amely ismét szénsavat hoz létre. Ezt aztán kiszárítják, és miután felszívódnak a véráramba, a tüdőn keresztül kilélegzik.
A gyomorban lévő sav funkciója többek között a pepszin enzim aktiválása, amely csak nagyon alacsony pH-n válik aktívvá és biztosítja a fehérjék lebontását. A savanyított gyomortartalom fertőtlenítő hatású is, így az emésztés további folyamata során idegen baktériumok nem hatolhatnak be a testbe. Ennek a savas rétegnek a következtében nem lehetséges a felszívódás, mivel a nyálkahártyát védő védőréteg borítja.
Vékonybél
Az emésztőrendszer ezen szakaszán lúgos körülmények uralkodnak. Ennek oka az a tény, hogy az epesavak és a hasnyálmirigy-lé magas HCO3- tartalommal rendelkezik. Ezek a gyümölcslevek biztosítják, hogy az élelmiszer apró részecskékre bomlik, amelyek lehetővé teszik a tápanyagok felszívódását.
Vastagbél
Az ebben a részben szereplő baktériumok enyhén savasítják a környezetet. Ezek az emészthetetlen élelmiszer-összetevőket használják fel. Ezenkívül itt megvastagodik a béltartalom.
A diéta hatása
A szénhidrátok és zsírok teljes lebontásakor víz és szén-dioxid keletkezik, amelyek kilégződnek, és így csak kismértékben befolyásolják a sav-bázis egyensúlyt. Szervi megbetegedések vagy bizonyos anyagcsere-helyzetek esetén azonban ezek a tápanyagok csak részben bomlanak le, és nem lebomló savak halmozódnak fel. A fehérjék vagy aminosavak metabolizmusakor azonban mindig savak és bázisok keletkeznek, amelyeket meg kell szüntetni. Különösen figyelemre méltóak a kéntartalmú cisztein és metionin aminosavak, amelyek lebontása szulfát- és H + - ionokat eredményez. Ezeket a meglévő pufferrendszereken keresztül ki kell szállítani a szervezetből. Ha a szervezet már nem képes lebontani a felesleges savakat, akkor azok a testben maradnak, és a pH-érték elmozdulását idézik elő (acidózis/acidózis).
Az alábbiakban ismertetjük azokat a körülményeket, amelyek a tápanyagok elégtelen lebomlásához vagy elégtelen kiválasztódásához vezethetnek.
Metabolikus acidózis
Ez a kifejezés a savak és bázisok közötti egyensúlyhiányt jelenti, ami megnövekedett relatív savkoncentrációt eredményez. Az acidózis ezen formája metabolikus. A fő okok többféleképpen bonthatók.
A Addíciós acidózis ha túl sok sav képződik vagy felszívódik, felhalmozódnak a testben. Ennek okai között szerepel
- a ketoacidózis kialakulása (diabetes mellitus, éhség, alkohol, láz, hipermetabolizmus, bizonyos anyagcsere-betegségek miatt)
- tejsavas acidózis kialakulása (hipoxia, műtét, neurológiai betegségek, májcirrhosis miatt)
- feszültség
- Mérgezések (szalicilsavból, ammónium-kloridból, metil-alkoholból, glikolból)
- Környezetszennyező anyagok
- túlzott bélfermentáció
- Lenyelés étellel
A Acidosis veszteség csökkent bázistartalom jellemzi, amelyet a megnövekedett veszteség vagy az elégtelen termelés okoz (hasmenés, bélelzáródás, bélgyulladás, a bél fistulái, az epe, a hasnyálmirigy, a parietális sejtek csökkent bikarbonát-kiválasztása)
A Retenció vagy vese acidózis a H + -ionok elégtelen kiválasztódására vonatkozik a károsodott veseműködés miatt.
Az extracelluláris kálium feleslege miatt a kálium áramlik a sejtekbe, ezután hidrogénionok szabadulnak fel, és végül a véráramba kerülnek. Akkor beszélünk egyről Distributív vagy hiperkalémiás acidózis.
A Hígító acidózis a HCO3-tartalom semleges oldatok túlzott adagolása révén történő csökkentésének eredményeként merül fel.
A Transzfúziós acidózis viszont vértranszfúzióval történhet, tele vörösvértestekkel.
- Kussmaul légzése a CO2 kiválasztásának fokozására
- fokozott vesebikarbonát visszaszívódás
- fokozott glutamát ciklus
- alacsonyabb karbamid ciklus
Hosszú távon csontvesztés is előfordulhat, mivel itt nagy lúgos tartalékok mozgósíthatók.
Légzőszervi acidózis
A légzőszervi acidózis ritkán fordul elő, mert amikor a szénsavszint megemelkedik, egyszerűen kilégzik. Súlyos tüdő- vagy mellkasi megbetegedések, mérgezések, csökkent szellőzés, bűncselekmények vagy balesetek az acidózis ezen formájához vezethetnek.
- A CO2 felszívódása a sejtekbe
- Szénsav képződése, amelyet újra semlegesíteni kell (ehhez minden anyagot felhasználnak)
- a hidrogén-karbonát fokozott visszaszívódása a vesében
- a klorid fokozott eliminációja
- az ammónium anyagcserét főleg a glutamát útvonal szabályozza, míg a karbamid ciklus nagyrészt leáll
Az étrendnek az acidózis kialakulásában betöltött szerepéről eltérő vélemények vannak. Mivel a vizeletet a vese védi a túlsavasodástól, az ebben a folyadékban a savszint eltérése nem nyújt információt a szervezet tényleges savterheléséről. Ezt a paramétert azonban széles körben használják, amikor savas élelmiszerekről beszélünk. Érzékenyebb változó a vér, ahol az eltéréseket közvetlenül regisztrálni lehet. Ezenkívül ezeket a tényezőket is figyelembe kell venni:
- az élelmiszer kémiai összetétele (Mg, Ca, P, Na, Cl, fehérjetartalom)
- a különböző tápanyagok eltérő felszívódási sebessége
Általánosságban elmondható, hogy a kiegyensúlyozott étrend nem okozhat acidózist egészséges embereknél. A sav-bázis egyensúlyt szabályozó szervek bizonyos betegségei esetén azonban a savfelesleget már nem lehet pufferolni. Az acidogén étrend ezután további megterhelést jelent a szervezet számára. Ezeknek az embereknek hasznos tudni, hogy mely ételek bázikusak és melyek savasak. Az alábbi táblázatban fel kell tüntetni a legfontosabb élelmiszercsoportokat és azok hovatartozását:
| Sav- és bázisépítők az élelmiszerek között | |
| Savgenerátor | Bázisépítő |
| állati eredetű élelmiszerek (hús, tejtermékek, tojás, hal) | Krumpli |
| teljes kiőrlésű termékek | zöldségek |
| Cola iszik | Gyógynövények |
| gyümölcs | |
| Nem szénsavas ásványvíz |
A bevitt mennyiség döntő szerepet játszik itt. Savképző ételeket is a jelenlegi ajánlások szerint kell fogyasztani. Ezek olyan esszenciális anyagokkal látják el a testet, amelyek más élelmiszerekben nem, vagy nem elegendő mértékben állnak rendelkezésre.