REGULATION OF ACID-BASE REGULATION OF ACID-BASE &&

ELECTROLYTESELECTROLYTES

Oleh:Oleh:

Dr. Husnil Kadri, M.KesDr. Husnil Kadri, M.Kes

Bagian Biokimia Fakultas KedokteranBagian Biokimia Fakultas Kedokteran

Universitas AndalasUniversitas Andalas

PadangPadang

2

ASAM BASA..ASAM BASA..

pHpH

[H[H++]]

3

Acid Base

Notasi pH diciptakan oleh seorang ahli kimia dari Denmark Notasi pH diciptakan oleh seorang ahli kimia dari Denmark yaitu Soren Peter Sorensen pada thn 1909, yang berarti log yaitu Soren Peter Sorensen pada thn 1909, yang berarti log negatif dari konsentrasi ion hidrogen. Dalam bahasa Jerman negatif dari konsentrasi ion hidrogen. Dalam bahasa Jerman disebutdisebutWasserstoffionenexponent Wasserstoffionenexponent (eksponen ion hidrogen) (eksponen ion hidrogen) dan diberi simbol pH yang berarti: ‘dan diberi simbol pH yang berarti: ‘ppotenz’ (power) of otenz’ (power) of HHydrogen. ydrogen.

4

Acid-Base Balance

• Normal pH of body fluids– Arterial blood is 7.4– Venous blood and interstitial fluid is 7.35– Intracellular fluid is 7.0

• Alkalosis or alkalemia – arterial blood pH rises above 7.45

• Acidosis or acidemia – arterial pH drops below 7.35

5

Sources of Hydrogen Ions

• Most hydrogen ions originate from cellular metabolism– Breakdown of phosphorus-containing proteins

releases phosphoric acid into the ECF– Anaerobic respiration of glucose produces lactic

acid– Fat metabolism yields organic acids and ketone

bodies– Transporting carbon dioxide as bicarbonate

releases hydrogen ions

6

Hydrogen Ion Regulation

• Concentration of hydrogen ions is regulated sequentially by:– Chemical buffer systems – act within seconds– The respiratory center in the brain stem – acts

within 1-3 minutes– Renal mechanisms – require hours to days to

effect pH changes

7

Acid/Base Homeostasis: OverviewAcid/Base Homeostasis: Overview

8

Regulation of Blood pH

• The lungs and kidneys play important role in regulating blood pH.

• The lungs regulate pH through retention or elimination of CO2 by changing the rate and volume of ventilation.

• The kidneys regulate pH by excreting acid, primarily in the ammonium ion (NH4

+), and by reclaiming HCO3

- from the glomerular filtrate (and adding it back to the blood).

9

Carbonic acid/bicarbonate buffer systemCarbonic acid/bicarbonate buffer system

• Carbonic acid is formed when CO2 combines with water. This reaction is catalysed by carbonic anhydrase

• Carbonic acid dissociates spontaneously to form a proton and a bicarbonate ion

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

CA

10

The Lung Regulation

• Normal, unassisted breathing:– An increase in arterial PCO2 acts through the

respiratory centre to increase the rate of pulmonary ventilation

– A decrease in arterial PCO2 reduces the rate of ventilation

• Assisted breathing:– A respirator is used to assist breathing by

expelling CO2, thus reducing PCO2 in blood

11

The Lung Regulation

• When hypercapnia or rising plasma H+ occurs:– Deeper and more rapid breathing expels more

carbon dioxide– Hydrogen ion concentration is reduced

• Alkalosis causes slower, more shallow breathing, causing H+ to increase

12

13

The Renal Regulation

• Chemical buffers can tie up excess acids or bases, but they cannot eliminate them from the body

• The lungs can eliminate carbonic acid by eliminating carbon dioxide

• Only the kidneys can rid the body of metabolic acids (phosphoric, uric, and lactic acids and ketones) and prevent metabolic acidosis

14

The Renal Regulation

• The most important renal mechanisms for regulating acid-base balance are:– Conserving (reabsorbing) or generating new

bicarbonate ions– Excreting bicarbonate ions

• Losing a bicarbonate ion is the same as gaining a hydrogen ion; reabsorbing a bicarbonate ion is the same as losing a hydrogen ion

15

16

Reabsorption of Bicarbonate

17

Hydrogen Ion Excretion

18

CARA CARA TRADISIONAL :TRADISIONAL :

Hendersen-Hendersen-HasselbalchHasselbalch(1909) (1909)

19

pH pH = 6.1 + log= 6.1 + log[HCO[HCO33

--]]

pCOpCO22

GINJALGINJAL

PARUPARU

BASA BASA

ASAMASAM CO2

HCO3HCO3

CO2

KompensasiKompensasi

NormalNormal

NormalNormal

20

Carbonic acid/bicarbonate buffer systemCarbonic acid/bicarbonate buffer system

• The pKa of carbonic acid is 6.1

• Carbonic acid is the major buffer in ECF

• The pH of blood can be determined using the Henderson-Hasselbalch equation

H2CO3 H+ + HCO3-

Carbonic acid Bicarbonate ion

pKa = 6.1

ECF:

21

• pH = pKa + log [HCO3-]/[H2CO3]

• pH = pKa + log [HCO3-]/0.03 x PCO2

• 7.4 = 6.1 + log 20 / 1

• 7.4 = 6.1 + 1.3

• Plasma pH equals 7.4 when buffer ratio is 20/1

• The solubility constant of CO2 is 0.03

Henderson-Hasselbalch equationHenderson-Hasselbalch equation

DUA VARIABELDUA VARIABEL

pH atau [HpH atau [H++] DALAM PLASMA ] DALAM PLASMA DITENTUKAN OLEHDITENTUKAN OLEH

VARIABELVARIABELINDEPENDENINDEPENDEN

Stewart PA. Can J Physiol Pharmacol 61:1444-1461, 1983.

VARIABELVARIABELDEPENDENDEPENDEN

Cara Stewart ;Cara Stewart ;

VARIABEL INDEPENDENVARIABEL INDEPENDEN

COCO22 STRONG ION STRONG ION DIFFERENCEDIFFERENCE

WEAK ACIDWEAK ACID

pCOpCO22 SIDSID AAtottot

COCO22 Didalam plasma berada Didalam plasma berada

dalam 4 bentukdalam 4 bentuk sCOsCO22 (terlarut) (terlarut)

HH22COCO33 asam karbonat asam karbonat

HCOHCO33-- ion bikarbonat ion bikarbonat

COCO332-2- ion karbonat ion karbonat

Rx dominan dari CORx dominan dari CO22 adalah rx adalah rx

absorpsi OHabsorpsi OH-- hasil disosiasi air hasil disosiasi air dengan melepas Hdengan melepas H++..

Semakin tinggi pCOSemakin tinggi pCO22 semakin semakin

banyak Hbanyak H++ yang terbentuk. yang terbentuk. Ini yg menjadi dasar dari Ini yg menjadi dasar dari

terminologi “respiratory acidosis,” terminologi “respiratory acidosis,” yaitu pelepasan ion hidrogen akibat yaitu pelepasan ion hidrogen akibat pCO pCO22

COCO22

Definisi:Definisi:Strong ion difference adalah ketidakseimbangan Strong ion difference adalah ketidakseimbangan muatanmuatan dari ion-ion kuat. Lebih rinci lagi, SID adalah jumlah dari ion-ion kuat. Lebih rinci lagi, SID adalah jumlah

konsentrasi basa kation kuat dikurangi jumlah dari konsentrasi basa kation kuat dikurangi jumlah dari konsentrasi asam anion kuat. Untuk definisi ini semua konsentrasi asam anion kuat. Untuk definisi ini semua konsentrasi ion-ion diekspresikan dalam ekuivalensi konsentrasi ion-ion diekspresikan dalam ekuivalensi (mEq/L).(mEq/L).

Semua ion kuat akan terdisosiasi sempurna jika berada didalam Semua ion kuat akan terdisosiasi sempurna jika berada didalam larutan, misalnya ion natrium (Nalarutan, misalnya ion natrium (Na++), atau klorida (Cl), atau klorida (Cl--). Karena ). Karena selalu berdisosiasi ini maka ion-ion kuat tersebut tidak selalu berdisosiasi ini maka ion-ion kuat tersebut tidak berpartisipasi dalam reaksi-reaksi kimia. Perannya dalam kimia berpartisipasi dalam reaksi-reaksi kimia. Perannya dalam kimia asam basa hanya pada hubungan elektronetraliti.asam basa hanya pada hubungan elektronetraliti.

Gamblegram

NaNa++

140140

KK+ + 44CaCa++++

MgMg++++

ClCl--

102102

KATION ANION

SIDSID

STRONG ION STRONG ION DIFFERENCEDIFFERENCE

[Na+] + [K+] + [kation divalen] - [Cl-] - [asam organik kuat-]

[Na+] + [K+] - [Cl-] = [SID]

140 mEq/L + 4 mEq/L - 102 mEq/L = 34 mEq/L

SIDSID(–) ((++))

[H[H++]] [OH[OH--]]

Dalam cairan biologis (plasma) dgn suhu 370C, SID hampir selalu positif, biasanya berkisar 30-40 mEq/Liter

AsidosisAsidosis AlkalosisAlkalosis

Konsentrasi [H+]

Kombinasi protein dan posfat disebut asam lemah total (total weak acid) [Atot]. Reaksi disosiasinya adalah:

[A[Atottot] (KA) = [A] (KA) = [A--].[H].[H++]]

[Protein H] [Protein-] + [H+]

WEAK ACIDWEAK ACID

disosiasi

Gamblegram

NaNa++

140140

KK+ + 44CaCa++++

MgMg++++

ClCl--

102102

HCOHCO33--

2424

KATION ANION

SIDSID

Weak acidWeak acid(Alb-,P-)(Alb-,P-)

DEPENDENT VARIABLESDEPENDENT VARIABLES

HH++

OHOH--

CO3CO3-- AA--

AHAH

HCO3-HCO3-

Strong IonsStrong IonsDifferenceDifference

pCOpCO22

ProteinProteinConcentrationConcentration

pHpH

INDEPENDENT VARIABLESINDEPENDENT VARIABLES DEPENDENT VARIABLESDEPENDENT VARIABLES

NaNa140140

KKMgMgCaCa

ClCl102102

PPAlbAlb

HCOHCO33 = 24 = 24

ClCl115115

PPAlbAlb

HCOHCO33--

Asidosis hiperklore

mi

SID nSID

ClCl102102

Laktat/keto=UA

Keto/laktat

asidosisCLCL9595

PPAlbAlb

SID

Alkalosis hipoklore

miKATIONKATION ANIONANION

H3O+ = H+ = 40 mEq/LHCOHCO33

--

HCO3-

Fencl V, Jabor A, Kazda A, Figge J. Diagnosis of metabolic acid-base disturbances in critically ill patients. Am J Respir Crit Care Med 2000 Dec;162(6):2246-51

  ASIDOSIS ALKALOSIS

I. Respiratori PCO2 PCO2

II. Nonrespiratori (metabolik)      

1. Gangguan pd SID      

a. Kelebihan / kekurangan air [Na+], SID [Na+], SID b. Ketidakseimbangan anion

kuat:     

i. Kelebihan / kekurangan Cl- [Cl-], SID [Cl-], SID ii. Ada anion tak terukur [UA-], SID   

2. Gangguan pd asam lemah      

i. Kadar albumin [Alb] [Alb]

ii. Kadar posphate [Pi] [Pi]

Fencl V, Jabor A, Kazda A, Figge J. Diagnosis of metabolic acid-base disturbances in critically ill patients. Am J Respir Crit Care Med 2000 Dec;162(6):2246-51

RESPIRASIRESPIRASI M E T A B O L I KM E T A B O L I K

Abnormal Abnormal pCO2pCO2

AbnormalAbnormalSIDSID

AbnormalAbnormalWeak acidWeak acid

AlbAlb PO4-PO4-

AlkalosisAlkalosis

AsidosisAsidosis

TurunTurun

MeningkatMeningkat

TurunTurun

kelebihankelebihan

kekurangankekurangan

PositifPositif meningkatmeningkat

Fencl V, Am J Respir Crit Care Med 2000 Dec;162(6):2246-51

AIRAIR Anion kuatAnion kuat

Cl-Cl- UA-UA-

HipoHipo

HiperHiper

Anion Gap

• Described by Gamble in 1939• Electroneutrality

• Na+, Cl-, and HCO3 are measured ions

Na + UC = Cl + HCO3 + UA

UC = Sum of unmeasured cations

UA = Sum of unmeasured anions

Anion Gap

Unmeasured Cations:• total 11 mEq/L

– Potassium 4– Calcium 5– Magnesium 2

Unmeasured Anions:• total 23 mEq/L

– Sulfates 1– Phosphates 2– Albumin 16– Lactic acid 1– Org. acids 3

Anion Gap

Na + UC = Cl + HCO3 + UA 140 + 11 = 104 + 24 + 23

151 = 151

UA – UC = Na - (Cl + HCO3);Anion Gap = Na - (Cl + HCO3)

Change in Anion Gap vs HCO3

• In simple AG Metabolic Acidosis – decrease in plasma bicarbonate = increase

in AG

Anion Gap = 1

HCO3

• Helpful in identifying mixed disorders

40

SourcesSources1. Achmadi, A., George, YWH., Mustafa, I. Pendekatan “Stewart” Pendekatan “Stewart”

Dalam Fisiologi Keseimbangan Asam Basa. 2007Dalam Fisiologi Keseimbangan Asam Basa. 20072. Beaudoin, D. Electrolytes and ion sensitive electrodes. PPT.

2003.3. Ivkovic, A ., Dave, R. Renal review. PPT4. Kersten. Fluid and electrolytes. PPT.5. Marieb, EN. Fluid, electrolyte, and acid-base balance. PPT.

Pearson Education, Inc. 20046. Rashid, FA. Respiratory mechanism in acid-base homeostasis.

PPT. 2005.7. Silverthorn, DU. Integrative Physiology II: Fluid and Electrolyte

Balance. Chapter 20, part B. Pearson Education, Inc. 20048. Smith, SW. Acid-Base Disorders. www.acid-base.com