Reazioni acido-base e fisiologia

Le reazioni acido-base hanno un ruolo cruciale nella fisiologia sia a livello delle singole cellule che dell’organismo.
La maggior parte dei componenti dell’organismo possono infatti agire da acidi o da basi come, ad esempio le proteine che presentano sia gruppi acidi che basici la cui forma e attività funzionali dipendono dal pH. Tutti i più importanti processi metabolici coinvolgono reazioni acido-base con assorbimento o il rilascio di ioni H⁺; negli organismi pluricellulari il fluido all’interno della cellula e i fluidi che circondano le cellule hanno infatti un pH caratteristico e praticamente costante che viene mantenuto da sistemi tampone biologici.

Circa i due terzi del peso di un uomo adulto è costituito da acqua e i due terzi di essa si trova nelle cellule mentre il  rimanente terzo si trova nel liquido interstiziale e nel plasma sanguigno.

Quest’ultimo che è circa il 5% del peso corporeo funge da mezzo di sospensione delle cellule del sangue, trasporta ai tessuti le sostanze nutritive assorbite nell’apparato digerente, trasporta agli organi escretori, quali polmoni e reni, i prodotti dei processi metabolici che riceve dai tessuti; contiene le sostanze necessarie per la coagulazione del sangue.

Il plasma sanguigno contiene oltre a proteine, nutrienti, prodotti del metabolismo e ormoni, elettroliti inorganici ed in particolare NaCl in concentrazione 0.15 M e HCO₃^–.

La respirazione è il processo più importante dell’attività cellulare in cui avvengono reazioni acido-base con produzione di  ioni H⁺.

Respirazione e reazioni acido-base

I carboidrati sono metabolizzati secondo la reazione C(H₂O)_n + O₂ → CO₂ + n H₂O; anche gli acidi grassi, così come i carboidrati producono biossido di carbonio. Quest’ultimo non è un acido in quanto non è un donatore di ioni H⁺ ma, in equilibrio con l’acqua,  può dar luogo alla formazione di acido carbonico secondo una reazione acido-base

L’organismo produce quotidianamente una gran quantità di anidride carbonica, la quale può essere considerata come un “acido volatile” che viene eliminato dai polmoni. L’equilibrio è il seguente:

CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃⇄ H⁺ + HCO₃^–

D’altra parte l’ingestione di cibi contenenti sali contenenti Na⁺ o K⁺  derivanti da acidi deboli e da basi forti danno reazioni basiche. Per mantenere quindi il bilancio di carica parte della CO₂ prodotta dal metabolismo di questi cibi viene convertita in HCO₃^– che è una base debole.

Gli  ioni idrogenocarbonato HCO₃^–  agiscono da sia da vettori per secernere la CO₂, trasportandola dalla periferia ovvero tutti i tessuti come muscoli, cuore, cervello ecc. sia per mantenere stabile il valore del pH. Il mantenimento del pH nel range di normalità alla pressione parziale della CO₂ (circa 40 mmHg) necessita di una quantità di bicarbonati di circa 24 mEq/litro nel sangue.

Ogni variazione degli ioni di idrogeno e bicarbonato o dell’anidride carbonica determinano una alterazione di questo equilibrio con spostamenti a sinistra o a destra con una reazione acido-base secondo il principio di Le Chatelier che dovranno essere corretti dai vari sistemi tampone dell’organismo.

Il pH della maggior parte dei fluidi cellulari può essere mantenuto all’interno un intervallo ristretto grazie  all’ equilibrio tra processi interconnessi che operano a vari livelli.

Acidi metabolici

L’organismo umano è capace di produrre ogni giorno elevate quantità di composti acidi. Oltre all’acido carbonico che è definito acido volatile  vi sono gli acidi fissi detti anche acidi metabolici. Essi sono prodotti dal metabolismo delle proteine introdotte con la dieta, degli zuccheri e dei grassi, dai composti organici fosforati, dalle nucleoproteine:

1)      Acido solforico (metabolismo proteico: metionina, cisteina)

2)      Acido fosforico (metabolismo fosfolipidi)

3)      Acido cloridrico (conversione cloruro di ammonio in urea)

4)      Acido lattico (acido organico)

5)      Corpi chetonici (acido acetoacetico, β-idrossibutirrico)

L’eliminazione degli  acidi fissi, non volatili, è affidata al rene.

L’equilibrio acido-base nel corpo è mantenuto da due meccanismi generali. L‘escrezione selettiva di acidi o basi, e l’azione tampone di sistemi acido-base debole nei fluidi corporei.

I meccanismi di regolazione del pH sono costituiti da:

• sistemi tampone intra- ed extra-cellulari
• attività respiratoria
• attività  renale (escrezione di urine acide o basiche).

Deviazioni del pH di ± 1 rispetto al valore di 7.4 che possono essere dovute a disturbi metabolici quali diabete o insufficienza renale provocano gravi patologie. A pH < 7.0 si può manifestare il coma acidosico mentre a pH > 7.8 la tenania alcalosica.  Pertanto le variazioni massime dal pH ottimale di 7.4 non possono superare il valore di ± 0.4  per non andare incontro a pericolose patologie.