Equilibrio acido-base in biochimica: ruolo dell’anidride carbonica, meccanismi tampone

L’equilibrio acido-base in biochimica è di particolare importanza perché variazioni di pH alterano importanti processi.
Il valore che assume il pH nelle cellule e nei fluidi extracellulari  ha una particolare importanza in quanto il suo valore influenza l’attività enzimatica e quindi i processi metabolici.

L’organismo mette in atto una serie di processi fisiologici al fine di mantenere un opportuno livello di acidità; molte patologie sono dovute a un’alterazione di questo delicato processo che influenza in modo marcato le reazioni enzimatiche multiple necessarie al buon funzionamento dell’organismo.

Variazioni di pH determinano una modificazione della carica elettrica degli amminoacidi che costituiscono il sito attivo dell’enzima influenzandone l’interazione con il substrato.

Sebbene la concentrazione di ioni idrogeno liberi nei liquidi corporei sia bassa, i protoni, infatti, sono così reattivi che anche minime variazioni di concentrazione influenzano reazioni enzimatiche e processi fisiologici.   

Anidride carbonica e equilibrio acido-base

Nel corso della respirazione è fornito ossigeno alle cellule dell’organismo e da esse è eliminata anidride carbonica.

Il  97% dell’ossigeno trasportato dai polmoni ai tessuti si trova legato chimicamente con l’emoglobina presente nei globuli rossi mentre il restante 3% si trova sotto forma di gas disciolto in fase acquosa nel plasma.

L’anidride carbonica per lo più idratata enzimaticamente grazie all’anidrasi carbonica è trasportata dai tessuti ai polmoni.

La funzione dell’anidrasi carbonica è quello di catalizzare la reazione tra anidride carbonica e acqua per dare acido carbonico.

Quest’ultimo si dissocia, al livello dei capillari polmonari, in idrogenocarbonato e H⁺ :
CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ HCO₃^– + H⁺

Particolare importanza hanno quindi gli ioni idrogenocarbonato che da una parte sono i vettori per secernere la CO₂, trasportandola dalla periferia, e dall’altra sono utilizzati per mantenere stabile il valore del pH.

Ogni variazione degli ioni H, degli ioni HCO₃^– o di CO₂ determinano una alterazione di questo equilibrio acido-base con spostamenti a sinistra o a destra.

Meccanismi tampone

L’organismo si avvale di tre meccanismi tampone per rispondere ad ogni variazione di pH:

1)      Meccanismi tampone dei liquidi corporei

2)      Meccanismi tampone del sistema renale

3)      Meccanismi tampone del sistema polmonare

Il meccanismo tampone dei liquidi corporei è il meno efficace ma il più rapido. Nei liquidi corporei è presente lo ione fosfato, l’emoglobina e lo ione idrogenocarbonato ad elevata concentrazione.

Lo ione idrogenocarbonato insieme all’anidride carbonica forma un sistema tampone il cui pH è determinato, secondo l’equazione di Henderson-Hasselbach:

pH = pK_a1 + log [HCO₃^–]/[CO₂] = 6.1 + [HCO₃^–]/[CO₂]

Aumenti del rapporto [HCO₃^–]/[CO₂] comporta un aumento del pH mentre diminuzioni di tale rapporto comportano diminuzioni del pH.

Il sistema tampone del bicarbonato che è quello più importante a livello extracellulare agisce di concerto con alcuni organi.

Se l’equilibrio HCO₃^– + H⁺ ⇄ H₂CO₃⇄ CO₂ + H₂O

è spostato a sinistra interviene il compenso renale che tende ad eliminare gli ioni H⁺ in eccesso. Se l’equilibrio acido-base è spostato a destra interviene il polmone che compensa con un aumento della frequenza respiratoria allo scopo di eliminare l’anidride carbonica in eccesso.

Il rene ed il polmone sono quindi deputati alla regolazione dell’equilibrio acido-base e ciascuno può compensare eventuali insufficienze dell’altro o squilibri metabolici con aumentata o diminuita produzione di acidi o basi.

I sistemi tampone, che possono accettare o donare protoni in risposta a variazioni di acidità dei liquidi corporei, rappresentano quindi una difesa immediata nei confronti di variazioni di pH.

Alimenti acidificanti e alcalinizzanti

Nei distretti fisiologici il pH è leggermente alcalino pertanto, onde evitare squilibri al delicato equilibrio acido-base, l’assunzione di cibi acidificanti quali carne, uova, latte e formaggi andrebbe compensata da alimenti alcalinizzanti quali legumi, verdure e frutta.

Molti cibi alcalinizzanti sono assunti sempre meno frequentemente nell’alimentazione per lasciare sempre più spazio ai cibi acidificanti.

Molte persone si trovano, senza saperlo, in uno stato di acidosi cronica che  incide:

• sulla perdita di tessuto muscolare
• sull’osteoporosi
• sui calcoli renali
• sull’ipertensione e sull’ insufficienza renale.

Le variazioni dello stile di vita e in particolare delle abitudini alimentari possono quindi  influire sullo stato di salute. Se l’attesa di vita è aumentata lo si deve ai progressi della medicina e non per una migliore alimentazione.