Keseimbangan Asam BasaBy:Prof DR Zaenal Nang AgusMarisa Anggraini,drFebrika Wediasari, dr.

Tujuan Instruksional UmumMemahami: Metabolisme air dan mineralSistem pernafasan tubuhSistem ekskresi ginjalSistem buffer tubuh.

PengantarPengaturan keseimbangan asam basa merupakan pengaturan keseimbangan ion hidrogen.Harus ada keseimbangan antara asupan atau produksi ion hidrogen dan pembuangan ion hidrogen dari tubuh homeostasis.Ginjal memainkan peranan kunci dalam pengaturan pengeluaran ion hidrogen.

Mekanisme lain yang mengatur keseimbangan asam basa melibatkan darah sel-sel dan paru-paru.

Asam-BasaAsam: molekul yg mengandung atom-atom hidrogen yg dpt melepaskan ion-ion hidrogen dlm larutan.Contoh: HCl (H+ & Cl-)H2CO3 (H+ & HCO3-)Basa: ion atau molekul yang dapat menerima ion hidrogen.Contoh:Ion bicarbonat (HCO3-)Ion HPO42-

Protein dalam tubuh juga berfungsi sebagai basa.Protein Hb & sel darah merah merupakan basa tubuh yang penting.Istilah basa yang sering digunakan adalah alkali. Alkalosis: kelebihan pengeluaran ion-ion H dari cairan tubuh.Asidosis: penambahan ion-ion H yang berlebihan

Molekul air merupakan pengikatan ion H dgn CO2.Ikatan dengan hidrogen merupakan ikatan yang lemah.Sifat bipolar & kemampuan air membentuk ikatan H jg turut menentukan kemampuannya untuk melarutkan banyak molekul organik.

Asam kuat:asam yang berdisosiasi dgn cepat & terutama melepaskan sejumlah besar ion H+ dlm larutan.Asam lemah: Mempunyai lebih sedikit kecendrungan untuk mendisosiasikan ion-ionnya. Contoh: H2CO3

Basa kuat:Basa yang bereaksi dengan sangat cepat dengan H & cepat melepaskannya.Basa lemah:Berikatan jauh lebih lemah terhadap H daripada OH.Contoh: HCO3-

3 Sistem Utama yang mengatur konsentrasi Ion H dlm cairan tubuh:Sistem penyangga asam basa kimiawi: dalam cairan tubuh yang dengan segera bergabung dengan asam atau basa untuk mencegah perubahan konsentrasi ion H yang belebihan.Pusat pernafasan: mengatur pembuangan CO2 dari cairan ekstraseluler.

Ginjal: dapat mengekskresikan urin asam atau urin alkalin sehingga menyesuaikan kembali konsentrasi ion H cairan ekstraseluler menuju normal selama asidosis atau alkalosis.

Sistem Penyangga BicarbonatTerdiri dari larutan air yang mengandung:Asam lemah (H2CO3)Garam bicarbonat (NaHCO3)CO2 + H2O H2CO3

Enzim ini banyak di dinding alveoli paru.Karbinik anhidrase

H2CO3 H+ + HCO3-Akibat disosiasi H2CO3 yang lemah, konsentrasi H menjadi sangat kecil.Bila ditambahkan HCl (asam kuat) H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + H2OCO2 yang berlebihan merangsang pernafasan, yang mengeluarkan CO2 dari cairan ekstraseluler.

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+Hasil akhirnya adalah kecenderungan penurunan kadar CO2 dalam darah menghambat pernafasan & menurunkan laju ekspirasi CO2.Peningkatan HCO3- yang terjadi dalam darah dikompensasi oleh peningkatan ekskresi HCO3- dari ginjal.

Sistem Penyangga FosfatMemegang peranan penting dalam menyangga cairan tubulus ginjal dan cairan intraseluler.Sistem penyangga ini memiliki pK 6,8 yang tidak jauh dari pH normal 7,4 dalam cairan tubuh. Penyangga ini penting untuk tubulus ginjal karena 2 alasan:

Fosfat biasanya menjadi sangat pekat dlm tubulus, sehingga meningkatkan tenaga penyangga sistem fosfat.Cairan tubulus mempunyai pH yang lebih rendah dp cairan ekstraseluler, menyebabkan jangkauan kerja penyangga lebih mendekati pK 6,8 sistem.

Sistem penyangga fosfat penting dalam menyangga cairan intraseluler karena konsentrasi fosfat dlm cairan ini beberapa kali lbh besar dp dlm cairan ekstraseluler.

Proses Pernafasan:Pertukaran gas udara (masuknya udara atmosfir bebas ke dalam alveoli paru (inspirasi) dan keluarnya gas dari alveoli paru ke udara atmosfir bebas (ekspirasi)Difusi O2 & CO2 antara alveoli & darah daerah alveoliTransport O2 & CO2 dari paru ke sel jaringan dan sebaliknya melalui darahPengaturan: ventilasi paru dan pernafasan

Bila gas harus berdifusi melalui membran m.k. kecepatan difusi gas akan dipengaruhi oleh banyak faktor:Perbedaan tekanan gasPenampang lintang antar gasDaya larut gasJarak yang harus ditempuhBerat molekul gas

Tiap gas mempunyai koefisien difusi:Contoh:Karbondioksida: 20,5Karbonmonoksida: 0,81Nitrogen: 0,53 Tekanan parsial dan konsentrasi gas pernafasan berbeda dalam udara di alveoli karena udara yang lembab.

Faktor yg mempengaruhi tekanan parsial gasAbsorpsi oksigen yang tetap dari udara alveoliDifusi CO2 yang tetap dari darah paru-paru ke dalam alveoliPergantian udara alveoli yang relatif lambat selama ventilasi normal.

Dewasa: 300 juta alveoliAlveoli: dinding sangat tipis berbatasan dgn kapiler darah pertukaran / difusi udara.Difusi dipengaruhi aliran darah ke paru & tebal membran fisiologis alveoli.

Penyakit paru kronis (membran alveoli rusak menebal) gangguan difusi pernafasan.Penyakit paru: fibrosis pulmonum, tbc paru, emfisema paru & pneumonia.

Pertukaran O2 & CO2Tekanan parsial O2 (PO2) darah masuk paru 40 mmHg, tekanan parsial O2 dalam alveoli 104 mmHg difusi O2 alveoli ke darah tekanan parsial sama (104 mmHg) di vena kapiler paru.

Pertukaran CO2 adalah keadaan sebaliknya dari pertukaran O2. Darah dari jaringan masuk paru mengandung banyak CO2, PCO2 45 mmHg, PCO2 kapiler 40 mmHg. Difusi dari kapiler alveoli tekanan sama CO2 dibuang melalui ekspirasi.

Pertukaran O2 & CO2Alveoli PO2: 104 mmHgKapiler paruAlveoli PCO2: 40 mmHgKapiler paru

PO2: 40 mmHgPO2: 104 mmHgUjung arteriUjung arteriUjung venaUjung venaPCO2: 40 mmHgPCO2: 45 mmHg

Transport Oksigen dlm DarahPerbandingan kadar yang dihitung dengan kadar sebenarnya yang terukur berbedaBerarti banyak O2 dan CO2 diangkut dalam bentuk lain disamping secara fisik biasa peran hemoglobin dlm eritrosit. Hb : molekul utama yg dapat mengikat O2 & CO2 dlm bentuk karbamino.

Normal: 98% O2 diangkut dari paru-paru ke jaringan dlm bentuk berikatan dgn hemoglobin oksihemoglobinHb + O2 HbO21 gr Hb membawa 1,34 ml O2, bila Hb N : 14,5 g/dl, O2 yang diangkut:14,5 x 1,34 = 19,4 ml/dlO2 terlarut secara hukum fisika: 0,33 ml/dl total oksigen yang diangkat 20 ml/dl

Kurva Oksigen-Hemoglobin%SATURASIHb

7,67,47,2Darah teroksigenasi meninggalkan paruTekanan oksigen (mmHg)Darah tereduksi yang kembali dari jaringan

Kurva Oksigen-HemoglobinKurva disosiasi pH 7,4 PCO2 40 mmHg bentuk sigmoid (awal lambat kemudian cepat, selanjutnya mendatar) seluruh Hb telah teroksigenasiKurva bergeser ke kanan menyebabkan pelepasan oksigen lebih mudah ok afinitas O2 terhadap Hb menurun.

Kurva Oksigen-HemoglobinKurva bergeser ke kanan ok:Peningkatan kadar ion hidrogenPeningkatan tekanan parsial O2Peningkatan suhuPeningkatan kadar difosfogliserat (DPG)Keadaan tersebut mirip keadaan jaringan perifer yang butuh banyak oksigen untuk metabolisme.

Kurva Oksigen-HemoglobinPeningkatan kadar ion hidrogen sedikit menurunkan pH darah.Peningkatan kadar CO2 menggeser kurva disosiasi oksigen-hemoglobin disebut efek Bohr.

Senyawa 2,3 difosfogliserat (DPG) merupakan senyawa antara glikolisis.DPG berikatan dgn ggs alfa amino N terminal residu valin rantai beta deoksihemoglobin, tapi tidak pd Hb mendorong ke arah pelepasan oksigen.HbO2 Hb.DPG + O2

DPG

Kadar DPG meningkat pada: hipoksia kronis:pd daerah dataran tinggipenderita anemiakelainan eritrosit spt sickle cell anemia

Kurva disosiasi bergeser ke kiri:Peningkatan kadar hemoglobin fetal (HbF)Terjadi peningkatan afinitas oksigen terhadap hemoglobin sehingga oksigen sukar dilepas.Hal ini menguntungkan janin karena darah janin relatif kurang oksigen.Sebaliknya Afinitas HbF rendah terhadap DPG.

Kecepatan transport oksigen di jaringan dipengaruhi penggunaan oksigen perunit volume disebut koefisien pemakaian oksigen serta curah jantung.Pemakaian O2 normal dlm darah: 5 ml/dl, kadar O2 normal: 20 ml/dl. Koefisien penggunaan O2: 25%

Penggunaan dapat meningkat smp 3 kali lipat pd olahragawan.Di jaringan perifer, penggunaan O2 dipengaruhi oleh konsentrasi ADP dlm sel diperlukan utk fosforilasi oksidatif dlm rantai respirasi.

Transport CO2 dlm darahCO2 + H2O H2CO3 H + HCO3Asam karbonat labil mudah terurai, hy 0,1% yg tidak teruraiReaksi ini dapat berjalan tanpa katalisatorEritrosit: ada enzim karbonat anhidrase reaksi ini berjalan lebih cepatIon H : menurunkan pH darah, untuk menghindari penurunan yang berlanjut dari pH darah perlu buffer utk menghilangkan proton bebas.

Hb merupakan buffer utama dalam darah dapat menangkap ion H bebas mel;H + HCO3 + KHb HHb + K + HCO3Reaksi terjadi dalam eritrosit; sangat impermeabel terhadap ion K tetapi sangat permeabel terhadap bikarbonat, sehingga ion karbonat dapat keluar dari sel masuk ke dalam plasma darah.

Untuk mempertahankan kenetralan muatan dlm eritrosit ion Cl masuk sel eritrosit mganti ion bikarbonat & ion Cl yang keluar Chloride ShiftChloride Shift menerangkan bahwa kadar Cl dlm eritrosit darah vena lebih tinggi dibandingkan dlm darah arteri di mana tekanan CO2 lebih rendah.

Perubahan CO2 asam karbonat terurai jadi ion karbonat merupakan mekanisme yang bertanggung jawab atas transport 70% CO2 dlm darah.Bila sistem transport ini dihambat misalnya pada keracunan azetazolamid mk transport CO2 dlm darah terganggu, akibatnya tekanan CO2 dpt naik smp 80 mmHg.

CO2 dlm darah dapat berikatan secara kovalen yg lemah dgn ggs alfa amino N terminal residu valin dr 4 rantai polipeptida Hg membentuk senyawa karbamino.Peran Hb dlm transport CO2 kecil dibanding O2.

Pengaturan PernafasanPengaturan afinitas Hb utk O2 lbh dipengaruhi oleh pH bkn oleh perubahan tekanan CO2Pengaturan pernafasan lebih dipengaruhi pd sistem saraf pusat Pengaturan oleh sistem saraf pusat ditentukan oleh kadar CO2

Pengaturan PernafasanBila PCO2 > 40 mmHg kenaikan ventilasi paru-paru yg tdk kentara.Bila PCO2 > tinggi atau rendah perubahan ventilasi.Sedangkan PO2 akan berpengaruh bila tekanan CO2 sangat rendah atau tinggi.

Pengaturan Pernafasan bagi Keseimbangan Asam-BasaDarah mpy daya buffer yang besarnya sama seperti pKa nyaCairan ekstrasel pH: 7,4pKa sistem buffer bicarbonat 6,1 Melalui persamaan Henderson-Hasselbach konsentrasi bicarbonat 20 > [CO2] yg larut tidak mempunyai daya buffer

Persamaan Henderson-HasselbachpH = pKa + log (garam) (asam) 7,4 = 6,1 + log (HCO3) (H2CO3)1,3 = log (HCO3) (H2CO3)Antilog 1,3 = 20 20 = (HCO3) 1 (H2CO3)

Rasio bikarbonat : asam karbonat = 20:1Komponen masing-masing dapat diatur atau dikompensasi melalui pengaturan kecepatan pernafasan (ventilasi paru-paru) atau ekskresi urine melalui ginjal.

Bila PCO2 meningkat (krn produksi naik/pembuangan terhambat) pH menurun darah lebih asam, bila ekstrim asidosis respiratorikKeadaan dikompensasi dgn pernafasan yang cepat utk membuang CO2 mel ekspirasi (hiperventilasi paru) pH darah kembali jadi fisiologis 7,4 Asidosis respiratorik terkompensasi.

Penurunan pH darah akibat kelainan metabolisme : asidosis metabolikKeadaan sebaliknya alkalosis pH darah naik diatas 7,4 penyebabkan penurunan kadar CO2 alkalosis respiratorik atau keadaan yg menaikkan kadar bicarbonat alkalosis metabolikTubuh mengkompensasi dgn membuang banyak CO2 mel hiperventilasi. Usaha ini mengembalikan rasio karbonat terhadap bikarbonat jadi 20:1

Pengasaman (asidifikasi) UrinRen mempunyai fungsi penting dalam mempertahankan keseimbangan asam-basa darah. Cairan intrasel dan ekstrasel mengandung banyak sistem buffer.Dalam cairan ekstrasel ada satu pasang buffer khusus yang berperan besar karbondioksida-bicarbonat, yang konyugat asamnya (H2CO3) diatur oleh pusat pernapasan dan CO2 diatur oleh paru-paru serta besarnya (HCO3) diatur oleh ren.

Kadar bikarbonat plasma diatur oleh ren melalui 2 mekanisme. Bikarbonat yang difiltrasi akan direabsorpsi oleh tubulus.Bikarbonat dibentuk lagi dalam tubulus distalis untuk menggantikan bikarbonat yang digunakan oleh asam-asam yang tidak menguap seperti HCl, H3PO4, H2SO4, dan asam-asam organik dalam cairan ekstrasel akibat proses metabolisme.

Pada tubulus proksimalis, sekitar 85% bikarbonat dalm filtrat glomerulus akan direabsorpsi. Di dalam sel tubulus, CO2 dan H2O oleh katalisis karbonat anhidrase akan membentuk asam karbonat. Asam Karbonat dengan cepat akan berdisosiasi menjadi ion H dan ion bikarbonat.

Ion H disekresi ke dalam lumen tubulus untuk ditukar dengan ion natrium. Di dalam vili-vili lumen tubulus ion HJ dan ion bikarbonat akan bergabung lagi membentuk asam karbonat, yang akan berdisosiasi menjadi CO2 dan H2O.CO2 akan berdifusi kembali ke dalam sel tubulus, sedangkan ion bikarbonat dan ion natrium akan direabsorpsi masuk ke dalam darah.

Efek akhir reabsorpsi natrium bikarbonat dari filtrat. Pada urin normal tidak akan ditemui adanya bikarbonat.Respon ren terhadap kenaikan tekanan parsial CO2 berkaitan dengan keadaan asidosis respiratorik atau alkalosis respiratorik.

Pada asidosis respiratorik, kompensasi dilakukan dengan menaikkan kadar bikarbonat darah sehingga rasio asam karbonat dengan bikarbonat tetap normal=1:20 dan pH darah = 7,4.Kenaikan kadar bikarbonat itu dapat diperoleh dari respon ren terhadap kenaikan tekanan CO2 dengan memperlambat ekskresinya melalui urin.

Pada alkalosis respiratorik, keadaannya terbalik kompensasi dilakukan dengan membuang bikarbonat tekanan CO2 yang turun akan memberi respon pada ren untuk mengurangi reabsorpsi bikarbonat, sampai rasio asam karbonat dan bikarbonat normal kembali.

Ion hidrogen yang disekresi ke dalam lumen tubulus ditukar dengan ion natrium sehingga pH cairan tubulus turun menjdi 4,5.Bila sekresi ion H terus saja berlangsung melampaui pertukaran dengan natrium maka ada 2 mekanisme yang bertanggung jawab kemudian.

Kerja bufer ion HPO4 dalam filtratSekresi amonia urin.

Pertukaran ion natrium dengan ion H yang berubah menjadi sekresi Na2HPO4 yang selanjutnya berubah menjadi NaH2PO4 dengan akibat bertambahnya keasaman atau penurunan pH urin.

Amonia terutama disintesis dari deaminasi asam amino terutama glutamin di tubulus distal.Deaminasi glutamin dikatalisis oleh glutaminase ren. Ion amonia akan bereaksi dengan ion hidrogen membentuk ion amonium yang akan diekskresi ke urin.

Mekanisme ini bekerja berlawanan dengan NaCl. Makin rendah pH urin karena banyak ion H makin cepat amonia berdifusi ke dalam urin.Pembentukan amonium ini meningkat pada asidosis metabolik dan dapat diabaikan pada alkalosis.

Penyebab alkalosis metabolik: muntah berlebihan, pemakaian diuretika dan antasida yang berlebihan pada ulkus ventrikuli.Penyebab asidosis metabolik yaitu diabetes yang tidak terkontrol, gagal ginjal, pemberian salisilat pada stroke yang berlebih dan alkolholisme.

Beberapa senyawa diuretika yaitu:Yang bekerja berdasarkan osmotik: manitol dan glukosaInhibitor karbonat anhidrase: asetazolamid, tiazid, dan furosemidAntagonis aldosteron: spironolakton dan triamteren

Asidosis MetabolikTerjadi penurunan kadar bikarbonat diikuti perubahan kecil dari asam karbonat atau tnp ada perubahan kadar asam karbonat.Penyebab: DM tak terkontrol dgn ketosis, gagal ginjal, keracunan asam garam, kehilangan cairan berlebihan pada diare (kolitis atau disentri)Kompensasi: hiperventilasi membuang banyak CO2

Asidosis RespiratorikDisebabkan oleh penyakit yg menimbulkan kenaikan kadar asam karbonat dibanding bikarbonatPenyebab: pneumonia, emfisema pulmonum, gagal jantung kongestif, asma bronkial & depresi SSP (keracunan morfin/respirator yg tidak berfungsi)

Kadar CO2 yg tinggi asidosis respiratorikKompensasi: kadar bikarbonat dinaikkan dgn mengurangi ekskresi bikarbonat mel urine rasio kembali 20:1 & pH 7,4

Alkalosis MetabolikTerjadi peningkatan kadar bikarbonat yg dapat tanpa diikuti perubahan atau diikuti perubahan kecil asam karbonatPenyebab: konsumsi alkali mis mendapat antasida lama pd penderita hiperasiditas lambung atau pd obstruksi saluran cerna bagian atas yg menyebabkan muntah berlebih & pengurasan cairan lambung utk diagnostik.

Pada keadaan ini asam klorida banyak hilang diganti bikarbonat alkalosis metabolik (hipokloremik) Dapat juga timbul krn infus natrium bikarbonat yg banyakDefisiensi kalium alkalosis hipokloremik krn kekurangan ion H ditukar dgn natrium di lumen tubulus ginjal.Kompensasi: menaikkan kadar CO2, dgn mengurangi ekskresinya.

Alkalosis RespiratorikTerjadi penurunan kadar asam karbonat tanpa perubahan bikarbonat.Penyebab: hiperventilasi pd histerikal neurosis, keracunan asam salisilat atau pemakaian respirator tak terkontrol baik, koma hepatikum.Kompensasi: ginjal mengekskresi bikarbonat.