Karolinska Institutet
Läkarutbildningen, Den Friska Människan 2 (DFM2) MBB, FyFa
Grupparbete Blodets buffertar 131211
Mål Att förstå buffertars funktion i organismens syrabas-balans.
Att kunna resonera om syrabas-balans enligt Siggaard-Andersens modell.
Att förstå hur syrabas-balansen påverkar K+ och Ca2+ i blodplasma.
Arbetssätt
Arbeta i grupp. Det är OK att dela upp avsnitten mellan gruppmedlemmarna, men återsamla gruppen flera gånger för utbyte av kunskaper. Utbyt skriftligt material, träna redovisning för varandra. Cirkulerande lärare hjälper till.
Böcker
Kompendieboken ”Syror och baser, vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter” Rådmark & Wetterholm, vt-11, kapitel 1 och 3.
Läroböckerna i fysiologi: Rhoades & Bell, 4:e upplagan 2013, kapitel 24. Boron &
Boulpaep, 2:a upplagan 2009, kapitel 28, 39.
Klinisk Kemi, Laurell, 8:e upplagan, kapitel 3.
Redovisning
Vid redovisningen skall alla gruppmedlemmar ha kunskap om alla avsnitt. Observera att flera grupper redovisar samtidigt, och alla grupperna kan ej redovisa allt stoff.
Förhoppningen är ändock att materialet skall diskuteras och penetreras på ett sätt som underlättar inlärande och förståelse för alla. Använd bilder (gärna over-head)!
Redovisningen är dels ett kunskapstest, dels ett tillfälle för avslutande diskussion.
Avsnitt
Ämnet delas i sju avsnitt. Textens längd angående avsnitt 3 betyder ej att detta är så mycket mer omfattande. Alla bör penetrera frågorna i avsnitt 5-7!
1) Normalt syrabas-status, buffertars verkan, vätskerummens buffertar. Då man mäter pH samt pCO2 för att analysera syrabas-status, gör man detta i ett arteriellt blodprov i samband med så kallad blodgas-analys. Beskriv normalt syrabas-status (pH, pCO2, BB, HCO3-) för arteriellt helblod.
Hur kan en buffert motverka pH-förändringar, hur fungerar en pH-buffert? Illustrera gärna med en titrerkurva.
Vilka tre huvudsakliga buffertar finns våra vätskerum, dessas egenskaper (jfr kompendiet ”Syror och baser, vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter” avsnitt 1.8.5 till 1.8.8).
Uppskatta de olika buffertarnas totalkoncentrationer i de tre vätskerummen, vilket vätskerum har bäst buffertkapacitet? Hur är buffertarnas jämviktslägen vid normalt syba status, alltså föreligger bufferten mest som syraform eller basform?
Beskriv buffertarnas funktioner i samband med organismens normala utsöndring av syror, via urin och andning. Vad är flyktig respektive icke flyktig syra, nämn exempel?
2) Utifrån den funktionella indelningen av våra buffertar (jfr kompendieboken
”Syror och baser, vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter” avsnitt 1.11.2), beskriv Siggaard-Andersens modell för bedömning av patienters syrabas- status. Vad betyder de olika begreppen (pH, pCO2, BB, BE). Klargör vad som menas med prot- (jämfört med protein). Vad beskriver nomogrammen, och hur användes dessa? Vad är Astrup-ekvilibrering? Vid Astrup-ekvilibrering av en persons arteriella helblod samt plasma erhålles följande data:
pCO2 16 kPa pCO2 4 kPa Obehandlat prov
blod pH 7,1 pH 7,48 pH 7,4
plasma pH 6,99 pH 7,51 pH 7,4
För in pH och pCO2 värdena i ett S-A kurvnomogram (ett pH/lg pCO2 diagram). Rita in de två buffertlinjerna (blod, plasma). Läs av pCO2 i de obehandlade proverna.
Buffertlinjernas lutningar är olika, förklara orsaken, vad innebär en brantare lutning?
Vad är BB för blod respektive plasma, förklara skillnaden? Under förutsättning att blodcellerna upptar halva blodvolymen, vad är BB för för den genomsnittliga blodcellens ICV? Rita in linjen för ICV i diagrammet (ledning, BE=0 för alla vätskorna).
Dra linjer för blod respektive plasma prover som ekvilibrerats med högt/lågt pCO2, även i S-A linjära nomogram. Slutligen linjer för normalt helblod respektive plasma även i S-A linjära nomogram. Vad är BE för de olika blod / plasma?
3) Metabol och respiratorisk påverkan på syrabas-status. Följande laborativa övning "på papperet" illustrerar skillnaden mellan buffertarnas förskjutningar, vid metabol respektive respiratorisk påverkan på syrabas-status. Som utgångspunkt för resonemangen, betrakta jämvikterna för blodets buffertar (enligt Siggaard-Andersen).
En normal person tappas på blod. I en serie prover (2 ml vardera) ändras syrabas-status genom tillsatser av mjölksyra (0,3 M) eller trisbas (0,3 M). Detta simulerar alltså metabola förändringar. För att förhindra samtidig respiratorisk förändring av syrabas- status hålles pCO2 konstant, genom att proverna genombubblas med gasblandning innehållande pCO 4,0 kPa. Om inte denna åtgärd vidtages, kommer blod som
Prov pH Tillsatt syra/
bas mmol/l Buffer
base (BB) HCO3- Prot-
Ingen tillsats 7,47 48
+ 50 µl syra 7,42 + 100 µl syra 7,26 + 150 µl syra 6,94 + 50 µl bas 7,55 + 100 µl bas 7,68 + 150 µl bas 7,75
För att se hur blodets buffertar har förskjutits beräknas nu HCO3- samt prot-, för de olika proverna.
• Beräkna först tillsatt koncentration syra/bas. Tillsatt antal mmol syra/bas (i 50/100/150 µl tillsatser) divideras med totalvolymen i liter (2 x 10-3 liter). Från volym-ökningen (50/100/150 µl) bortses.
• Buffer base (BB) beräknas för varje tillsats genom att anta att BB i obehandlat prov är lika med NBB, 48 mmol/l, och sedan dra bort eller lägga till det antal mmol/l som syra/bas-tillsatsen ger.
• [HCO3-] kan beräknas för varje prov med hjälp av Henderson-Hasselbalchs formel, då pH är uppmätt och pCO2 är konstant (4,0 kPa). Eller enklare, använd SA linjära nomogram.
• [prot-] motsvarar alla buffrande baser i blodet utom vätekarbonat, och beräknas med hjälp av definitionen, BB = [HCO3- ] + [prot-]
I en andra serie prover ändras syrabas-status genom att proverna ekvilibreras med gasblandningar innehållande olika pCO2. Detta motsvarar respiratoriska förändringar.
Följande mätdata erhölls:
Prov pH Buffer
base (BB) HCO3- Prot-
pCO2 2,0 7,67
pCO2 3,0 7,56
pCO2 4,0 7,48
pCO2 5,0 7,42
pCO2 5,3 (normalt) 7,40 48
pCO2 6,0 7,36
pCO2 8,0 7,29
pCO2 10,0 7,23
pCO2 15,0 7,11
För att se hur blodets buffertar har förskjutits i de olika proverna beräknas nu HCO3-
samt prot-, för de olika proverna.
• [HCO3-] beräknas genom att sätta in pH och korresponderande pCO2 för varje ekvilibrering i Hendersson-Hasselbalchs formel. Eller enklare, använd SA linjära nomogram.
• Prot- beräknas med kännedom om att BB ej förändras vid respiratoriska förändringar av syra/bas status.
Rita två diagram.
Metaboliskt Respiratoriskt
mM mM
pH pCO2
Det första diagrammet skall innehålla tre kurvor, BB, [HCO3-] och [prot-] (dvs summan av icke-vätekarbonat buffrande baser). De beräknade koncentrationerna för varje mätpunkt plottas mot pH, och diagrammet visar hur blodets buffertar reagerar vid tillsats av syra eller bas (metabola förändringar). Det andra diagrammet skall också innehålla tre kurvor, BB, [HCO3-] och [prot-] (återigen summan av baser i icke- vätekarbonat-buffertarna). Dessa koncentrationer plottas mot pCO2 och diagrammet visar hur blodets buffertar reagerar vid respiratoriska förändringar.
Första diagrammet visar förändringen av buffrande baser vid rena metaboliska rubbningar. a) Teckna reaktionsformler för blodbuffertarna och visa hur jämvikterna förskjuts vid tillsats av mjölksyra respektive trisbas. b)Hur förändras BB, BE, [HCO3-] och koncentrationerna av övriga buffrande baser?
Andra diagrammet ger en bild av förändringarna av buffrande baser i blod vid respiratoriska syrabasrubbningar. Antag att pCO2 ökar från 5 till 15 kPa.
a) Teckna reaktionsformler för blodbuffertarna, hur kommer jämvikterna att ändras?
b) Hur förändras BB, BE, [HCO3-] och koncentration av övriga buffrande baser (prot-)?
Då Du nu jämför resultat av metabol respektive respiratorisk förändring av syrabas- status, vad är den viktiga skillnaden?
4) Normalt syrabas-status, surare ute i vävnaderna än i blodet. pH i perifer vävnad, särskilt i cellerna ute i vävnaderna, är normalt surare än i arteriellt blod. Det är ju här metabolismen ger upphov till flyktig samt icke-flyktig syra. Cellen behöver kunna
Det lägre pH som gäller för perifer vävnad kan beräknas utifrån jämviktsläget i vätekarbonatbufferten. Med kännedom om att pCO2 är 6,25 kPa i venöst blod kommande från perifer vävnad (jfr Fig 1-29) samt att [HCO3-] är 10 mM för ICV i perifer vävnad (jfr tabell 2-2), beräkna pH för ICV perifert.
Observera att [HCO3-] 10 mM alltså gäller för ICV i celler i perifer vävnad, i kroppens olika organ. De röda blodkropparna (”red blood corpuscles”, rbc, majoriteten av blodets celler) är speciella då deras cellmembran är mera permeabelt för oxoniumjoner än vad som gäller för övriga celler. Andra cellslag påverkas alltså långsammare av
förändringar av pH i ECV. Dock kommer ICV i rbc att snabbt följa blodplasmat vad gäller pH-förändringar, och jämvikterna i buffertarna inne i rbc ändras snabbt då blodplasmats pH ändras. Detta är viktigt för den funktionella påverkan av pH på hemoglobinets syrebindande förmåga. På grund av den höga permeabiliteten för rbc cellmembran för oxoniumjoner, kan man betrakta buffertarna inne i rbc (främst hemoglobin) som funktionellt extracellulära, trots att de ju är lokaliserade i ICV (jfr Laurells Klinisk Kemi, 8:e upplagan, sidan 74).
I venöst blod är pH 7,35 och pCO2 är 6,25 kPa. Vad är då [HCO3-] i venöst blod?
Jämför [HCO3-] i arteriellt blod. Hur stor andel av koldioxiden transporteras från perifer vävnad till lungan, som HCO3- (jfr föreläsning, kompendiet ”Syror och baser,
vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter” tabell 1-10)? Antag att den andel av CO2 transporten som sker i form av HCO3- är 10 mol per dygn, vad blir då hjärtminutvolymen?
För att sammanfatta, fyll i följande tabell. pH samt pCO2 för arteriellt respektive venöst blod hittas i kompendiet ”Syror och baser, vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter”, Fig 1-23. BB för rbc ICV beräknades i avsnitt 2.
pH pCO2 HCO3- Prot- BB - ICV, rbc i art. blod 7,4 5,3
- blodplasma, art. blod 7,4 5,3 - ICV, rbc i venöst blod 7,35* 6,25**
- blodplasma, venöst blod 7,35* 6,25**
- ICV, perifer vävnad * 6,25** *** ***
Vid hög metabol aktivitet, t ex i hårt arbetande muskulatur, och i venöst blod från sådan vävnad, blir dessa pH (*) lägre samt pCO2 (**) högre.
*** Precisa värden kan ej anges. Men vi kan förstå att dessa beror på cellslag, samt att de är av samma storleksordning som för ICV i röda blodkroppar.
5) Bedömning av syrabas-status på kliniken, enligt Siggaard-Andersens modell.
Resonera om följande exempel (jfr uppgift 1-60 i kompendiet ”Syror och baser, vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter”). För varje patient, ta först reda på BE. När Du känner till pH, pCO2, samt BE (samt om möjligt även klinik
a) En 19-årig flicka hittas medvetslös liggande på gatan. Hon förs till sjukhus där man misstänker någon form av förgiftning. Omedelbar analys av syrabassatus visa pH = 7,25, pCO2 = 10,6 kPa. Vilken typ av syrabasrubbning har denna patient? Hon ges omedelbart assisterad andning med hjälp av respirator och efter 2 timmar tas nytt prov, pH = 7,57, pCO2 = 4,0. Vad har hänt? Vad skall Du göra?
b) En 60-årig man inkommer akut till sjukhuset med cirkulatorisk chock.
Arteriellt blod: pH = 7,01 pCO2 = 3,2 kPa
Plasma: Na+ = 138 mM
K+ = 6,0 mM Ca2+ = 2,4 mM Mg2+ = 0,9 mM Cl- = 105 mM
Analysera och beskriv syrabas-status. Hur är det med elektrolyterna i plasma, rita Gamblegram (stapeldiagram). Beräkna residualanjon-halt samt anjongap, är dessa normala? Är kloridjonhalten normal? Jämför med fall f nedan.
c) En gammal man med kronisk luftvägssjukdom har kräkts stora mängder senaste dygnet. Analys av syrabasstatus visar pH = 7,40, pCO2 = 10,6 kPa. Vilken typ av syrabasrubbning(ar) har denne patient?
d) En 17-årig gymnasist får plötsligt ont i höger sida av bröstkorgen. Smärtorna förvärras med andningens djup. Han kommer snabbt till sjukhus, där analys av syrabasstatus visar pH = 7,19, pCO2 = 12 kPa. Vilken syrabasrubbning lider han av?
e) En bersbestigarexpedition har i tre veckor klättrat i alperna på höjder mellan 3000 och 4000 m ö h. I studiesyfte tas arteriellt blodprov på expeditionsledaren, vilket visar pH = 7,42, pCO2 = 4,2 kPa. Beskriv syrabasstatus.
f) Efter några dagars diareér uppvisar en patient följande labdata.
Arteriellt blod: pH = 7,28 pCO2 = 4,7 kPa
Plasma: Na+ = 146 mM
K+ = 5 mM Ca2+ = 2,4 mM Mg2+ = 0,9 mM Cl- = 116 mM
6) Hur syrabas balansen påverkar K+ och Ca2+ i plasma.
För detta avsnitt, använd fysiologiboken samt ”Syror och baser, vattenlösningars egenskaper, osmos och tonicitet, elektrolyter” kapitel 3.
Klargör först de normala koncentrationerna av dessa joner i ECV (som ju plasma är en del av) samt ICV. Hur stora är volymerna av ECV samt ICV? Hur mycket (hur många mol) av respektive elektrolyt finns alltså i ECV samt ICV?
Kaliumjon. Vad är normalkoncentrations intervallet för K+ i plasma (ECV)? Vad händer om K+ blir för högt eller för lågt? Hur påverkas vilopotential samt retbarhet för hjärtmuskelceller?
Hur påverkas [K+] i ECV (plasma) av metabola förändringar av syrabas status (metabol acidos, metabol alkalos)? Beskriv mekanismer för hur den intracellulära
kaliumkapaciteten påverkas. Hur stor andel av K+ i ICV behöver lämna cellerna för att farlig [K+] i ECV skall nås? Jämför metabola och respiratoriska förändringar, varför påverkas inte [K+] i ECV i samma grad vid respiratorisk påverkan på syrabas status?
Vad händer i njuren, hur påverkas utsöndringen av K+ i urin av syrabas status, och tvärtom?
Case 2, Acid Base Online Tutorial, Univ Connecticut
http://fitsweb.uchc.edu/student/selectives/TimurGraham/Cases.html
En 22-årig kvinna med Diabetes Mellitus typ 1 inkommer akut efter en dygns illamående, kräkningar, polyuri, törst, och diffusa magsmärtor. I status noteras: djup andning, ortostatism, torra slemhinnor.
Arteriellt blod: pH = 7,27 pCO2 = 3,1 kPa BE = ?
HCO3- = ?
Plasma: Na+ = 132 mM
K+ = 6,0 mM Cl- = 93 mM glukos = 40 mM Urin (sticka): pH = 5
glukos, positivt
Beskriv vad som har hänt med syrabas status, vätskebalans samt elektrolyter! Rita upp Gamblegram (antag normala Ca2+, Mg2+). Varför är kaliumjonhalten i plasma förhöjd?
Vad är residualanjonhalt, anjongap, bör dessa värden ha förändrats? Uppskatta osmolariteten i plasma. Hur ger insulinbristen upphov till detta tillstånd (metabol acidos, hyperton dehydrering, förhöjt plasma K+)?
Kalciumjon. Vad är normalkoncentrations intervallet för Ca2+ i plasma? Hur fördelas Ca2+ i plasma på olika pooler? Vilken form av Ca2+ avses då normalhalten anges? Hur inverkar syrabas status på fördelningen av Ca2+ i dessa pooler? Vad händer om Ca2+ blir för högt eller för lågt? Hur påverkas hjärtmuskelceller och andra muskelceller?
Jämför hur metabola och respiratoriska förändringar påverkar Ca2+ i plasma. Vad är konc av Ca2+ i ICV (cytosolen), varför så låg jämfört med Ca2+ i ECV? Var inuti celler finns större mängder Ca2+?
Case
Efter att ha skadat foten i en cykelolycka inkommer en smärtpåverkad och ångestladdad patient. Förutom smärtan är det otäckt hur det pirrar och kryper i fingrar och runt munnen. Patienten är mycket orolig och hyperventilerar oavbrutet. Förklara myrkrypningarna.
7) Avslutande frågor.
Betrakta återigen blodets buffertar. Hur försvarar vi oss mot pH-förändringar? Hur gör vi oss av med syra kontinuerligt, samt hur eliminerar vi extra mycket syra vid sjukdom som medför försurning? Betänk härvid mekanismen för nybildande av vätekarbonat, av njuren och levern i samverkan. Hur gör vi oss av med bas vid alkalos? Vilka
komponenter i blodets buffertar kan Du som läkare tillföra eller minska, för att stötta en patient med onormalt syrabas-status?
