Keseimbangan Asam Basa

Tinjauan Ilmu Dasar

KESEIMBANGAN ASAM BASA (Paradigma Baru)

Iqbal Mustafa, Yohanes WH George

ICU Pusat Jantung Nasional RS Harapan Kita

Jakarta

KESEIMBANGAN ASAM BASA: bagian 1, fisiologi

KESEIMBANGAN ASAM BASA: BAGIAN I, FISIOLOGI (Paradigma Baru)

Iqbal Mustafa, Yohanes WH George

ICU Pusat Jantung Nasional RS Harapan Kita

Jakarta PENDAHULUAN Seperti diketahui fungsi sel di dalam tubuh manusia akan berlangsung optimal jika pH lingkungan sedikit alkalis, yaitu 7.40 atau konsentrasi ion hidrogen sebesar 107 mmol/l. Oleh sebab itu keseimbangan ion hidrogen diatur secara ketat (tightly regulated) oleh tubuh.1 Sebagai contoh meski sehari-hari produk metabolisme sel tubuh menghasilkan kurang lebih 300 liter CO2 dan mengkonsumsi ratusan mEq/liter asam dan basa kuat pada waktu yang bersamaan namun konsentrasi ion hidrogen tubuh dapat dipertahankan diantara 36-44 mEq/liter.1,2 Regulasi terhadap keseimbangan asam basa dilakukan oleh paru sebagai komponen respirasi dan ginjal sebagai komponen metabolik. Kedua komponen ini berinteraksi secara simultan sehingga keseimbangan ion hidrogen selalu stabil.1 Penilaian adanya gangguan terhadap keseimbangan asam basa tubuh telah dikenal formula Hendersen-Hasselbach. Formula ini dimulai dengan persamaan reaksi hidrasi CO2 yaitu;

CO2(d) + H2O < = > H2CO3 < = > HCO3- + H+ (3) dimana CO2(d) adalah gas CO2 yang terlarut (dissolved). Nilai CO2(d) dapat diambil dari nilai tekanan parsial CO2 (PCO2) dengan mengalikannya dengan konstanta kelarutan (0.03). Mengingat konsentrasi dari [H2CO3] sangat kecil dan proporsional terhadap CO2, maka persamaan tersebut dapat disederhanakan lagi menjadi;

pCO2 + H2O < = > [HCO3-].[H+] (3) Selanjutnya agar persamaan hidrasi CO2 tersebut dapat diaplikasikan maka persamaan dikonversi menjadi persamaan yang selama ini dikenal sebagai persamaan Henderson-Hasselbach (H-H). Persamaan ini yang digunakan oleh mesin analisa gas darah saat ini:2,3

pH = pK + log [HCO3-] (3,4)

pCO2 Dari persamaan diatas terlihat nilai pH/[H+] semata-mata hanya tergantung pada ion bikarbonat/[HCO3

-]. Selain itu H-H hanya mendeskripsikan reaksi hidrasi CO2 pada

- 1 -


kondisi pCO2 40 mmHg (normal), sehingga jika pCO2 diluar normal, persamaan tersebut menjadi tidak relevan. Namun yang lebih penting lagi adalah persamaan tersebut tidak dapat menemukan buffer lain didalam plasma selain HCO3.4 Persamaan ini tidak bisa disebut metode kuantitative, sebab yang disebut metode kuantitative harus mempunyai hubungan sebab akibat (cause and effect), sedangkan persamaan H-H hanya didasari oleh hubungan empirik (relationship) semata. Persamaan H-H memang dapat memprediksi nilai Y dari nilai X yang sudah ada namun tidak dapat menjelaskan mekanisme yang mendasari hubungan tersebut. Jadi secara umum dapat dikatakan bahwa persamaan tersebut hanya dapat menyebutkan komponen mana yang menyebabkan perubahan pada pH darah, sedangkan efek, penyebab serta mekanisme terjadinya tidak dapat dijelaskan.3-5 Beberapa persamaan lain dicoba dikembangkan untuk menutupi kekurangan persamaan tadi seperti menghitung standard bikarbonat (SBE) dan anion gap, buffer base (BB) dan base excess (BE), namun hasilnya tetap sama.4,5 Akhirnya Peter Stewart (1981) berhasil menemukan suatu metode baru dalam menilai status asam basa tubuh yang disebut metode kuantitatif/matematika. Metode ini lebih akurat serta mampu menjelaskan secara rinci mekanisme patofisiologi yang terjadi pada gangguan keseimbangan asam basa. Stewart mengatakan bahwa persamaan-persamaan diatas jelas-jelas tidak mampu menjelaskan mekanisme atau proses dari gangguan keseimbangan asam basa yang terjadi, sehingga mengaburkan keputusan dalam membuat terapi.6,7 Tulisan ini merupakan tinjauan tentang teori dasar pendekatan Stewart sebagai mekanisme alternatif dalam menjelaskan secara lebih rinci dan jelas mengenai penyebab dan mekanisme terjadinya gangguan keseimbangan asam basa. PARADIGMA BARU Beberapa studi terbaru mengenai fisiologi asam basa saat ini tertuju pada metode atau pendekatan secara fisika kimia kuantitatif. Analisa ini pertama kali diperkenalkan oleh Peter Stewart pada tahun 1978, dalam tulisannya; Stewart, P.A. Independent and Dependent variables of acid-base control. Resphyration Physiology 33:9-26. Dilanjutkan dengan analisanya yang lebih rinci dalam bukunya; Stewart, Peter A., How to Undestand Acid-base: a Quantitative Acid-base Primer for Biology and Medicine, New York: Elsevier, 1981. 7 Stewart berhasil menemukan suatu konsep/paradigma baru dalam memahami mekanisme patofisiologi terjadinya gangguan keseimbangan asam basa yang begitu kompleks. Dampak dari analisa Stewart ini berkembang secara perlahan tapi pasti, terutama karena Stewart mampu menjelaskan fenomena yang sulit dijelaskan selama ini melalui cara lama yaitu, asidosis karena dilusi dan gangguan asam basa akibat perubahan pada konsentrasi albumin plasma.6,7

- 2 -


KONSEP DAN TERMINOLOGI Pendekatan Stewart atau disebut metode kuantitatif ini memerlukan suatu konsep berpikir bahwa larutan adalah suatu sistim yang berinteraksi satu sama lainnya;8,9

....it is a general property of systems that the quantitative results of several interacting but independent mechanisms can not be explained or understood solely in terms of the action of any single one of these mechanism.

Terminologi dan konsep ini mutlak diperlukan untuk memahami kerangka berpikir tentang kimia asam basa dalam tubuh. Meski cairan biologis merupakan suatu sistim yang dinamis dan kompleks, namun menurut Stewart analisa masih dimungkinkan dengan memperhatikan keberadaan zat-zat yang terlibat dan bagaimana interaksi kimia dari masing-masing zat tersebut terjadi.8,9 Ion hidrogen merupakan salah satu contoh dari beberapa zat yang konsentrasinya sangat tergantung pada interaksi beberapa reaksi (keseimbangan) kimia. Secara tradisional, meski formula yang digunakan untuk menghitung nilai keseimbangan dari [H+]) terlihat kompleks dan rumit, namun dengan menggunakan komputer semua dapat diselesaikan.8 Hal ini telah dibuktikan oleh Peter Stewart, orang pertama yang menghitung nilai keseimbangan ion hidrogen tersebut dengan menggunakan komputer.7 Menurut Stewart, konsentrasi ion hidrogen di dalam suatu larutan biologis dapat ditentukan dengan menetapkan dahulu 2 variabel yang saling berinteraksi: 6-9 1. Variabel Independen, yang terdiri dari 3 variabel;

1. pCO2, 2. Perbedaan konsentrasi eletrolit kuat (kation-anion) yang disebut strong

ions difference = SID, 3. serta total konsentrasi asam lemah [Atot]).

Variabel-variabel ini diatur dari luar sistim dan secara langsung mempengaruhi sistim, namun sebaliknya tidak dipengaruhi sistim.

2. Variabel dependen yaitu (H+,HCO3-,OH-,dll) disebut sebagai ion-ion lemah.

Variabel ini dipengaruhi oleh variabel indenpenden, dengan kata lain nilai variabel ini tergantung perubahan pada variabel independen. Sebaliknya variabel independen tidak terpengaruh oleh perubahan pada variabel dependen.

KONSEP VARIABEL DEPENDEN DAN INDEPENDEN Mengapa konsep dependen dan independen ini sangat penting? Sebab menurut Stewart semua variabel dependen hanya dapat dihitung jika variabel independen diketahui, dan karena [H+] merupakan variabel dependen, maka jelas [H+] dapat dihitung asalkan kita mengetahui nilai dari variabel independen.8,9

- 3 -


Untuk memahami lebih lanjut tentang teori Stewart ini, diperlukan sedikit tinjauan tentang reaksi-reaksi kimia dasar. Reaksi-reaksi ini tentunya tidak untuk membingungkan, namun sekedar untuk mengetahui asal dari persamaan reaksi yang akan digunakan. Pertama-tama kita sepakati dahulu bahwa cairan tubuh mengandung ion-ion kuat dan lemah (strong ions & weak ions). Ion-ion kuat, adalah ion-ion yang sangat kuat berdisosiasi di dalam suatu larutan. Sebagai contoh; jika kita melarutkan natrium klorida (NaCl) ke dalam air, maka larutan tersebut akan mengandung ion Na+,Cl-,H+,OH- dan molekul H2O. Baik Na+ maupun Cl- tidak akan berkombinasi dengan H+ maupun OH- membentuk (mis; NaOH atau HCl) sebab Na+ dan Cl- merupakan ion-ion kuat, yang selalu berdisosiasi sempurna. Oleh sebab itu adalah salah jika kita menyebut larutan tersebut sebagai larutan dari molekul NaCl, karena larutan tersebut tidak pernah ada.7 Ion-ion kuat pada umumnya in-organik (Na+, Cl-, K+), namun ada juga yang organik seperti laktat. Laktat sebenarnya adalah ion lemah, namun karena laktat mempunyai pKA 3.9 maka pada pH fisiologis laktat akan berdisosiasi secara sempurna.7 Secara umum, dapat dikatakan bahwa setiap zat yang mempunyai konstanta disosiasi > 104 Eq/l dianggap sebagai ion-ion kuat. Namun perlu diingat bahwa perkataan kuat strong disini bukan berarti strong (concentrated) solution tetapi strongly dissociated.6,7 Ion-ion lemah, adalah ion yang hanya sebagian terdisosiasi di dalam larutan, yaitu: CO2, HCO3- (volatile) dan weak acids (non volatile); HA H+ + A-. Dan karena disosiasi zat ini tidak lengkap maka di dalam larutan zat ini terdiri dari asam lemah plus produk disosiasinya. Keseimbangan disosiasi dapat ditulis sbb: 6,7 [H+] x [A-] = KA x [HA] dimana KA adalah konstanta disosiasi untuk asam lemah. Menurut Stewart perbedaan antara ion-ion kuat dan ion-ion lemah berdasarkan konstanta disosiasinya:3,6,7

Non-electrolyte : KA < 10 12 Eq/l Weak electrolyte : KA antara 10 4 dan 10 12 Eq/l Strong electrolyte : KA > 10 4 Eq/l

Sedangkan suatu larutan disebut netral, asam atau basa tergantung dari nilai akar Kw (konstanta disosiasi air):3,6,7

Netral : [H+] = Kw = [OH-] Asam : [H+] > Kw > [OH-] Basa : [H+] < Kw < [OH-]

Selanjutnya persamaan/formula yang akan digunakan untuk menghitung [H+] mengandung 3 variabel independen dan 6 dependen.6-9

- 4 -


Variabel independen: pCO2 = Tekanan parsial CO2 dalam larutan yang diperiksa SID = Strong ions difference dalam larutan [ATot] = Konsentrasi total dari weak acid dalam larutan pCO2 (tekanan parsial CO2) CO2 dihasilkan oleh sel tubuh sebagai sisa pembakaran. CO2 sangat mudah melewati membran sel, kemudian ke interstitial dan menembus membran kapiler masuk ke dalam darah. CO2 diekskresi melalui paru dan sangat sensitif sebagai kontrol feedback melalui kemoreseptor perifer dan sentral. Reseptor-reseptor ini akan merespon setiap peningkatan pCO2 arteri untuk meningkatkan ventilasi sehingga pCO2 kembali normal.6 Jadi pada intinya nilai pCO2 arteri dan cairan tubuh tergantung dari suatu mekanisme dari suatu keseimbangan kimia di dalam cairan tubuh. Dan karena nilainya ditentukan dan diatur oleh faktor eksternal yaitu ventilasi dan sirkulasi maka pCO2 disebut sebagai variabel indepeden.6 SID (Strong ions difference)

SID = (jumlah total konsentrasi kation kuat) dalam larutan dikurangi (jumlah total konsentrasi anion kuat) dalam larutan.

Sebagai contoh: jika suatu larutan hanya mengandung Na+, K+, dan Cl- maka; SID = [Na+] + [K+] [Cl-] Jika hanya ketiga ion-ion kuat (strong ion) ini yang ada dalam suatu larutan, maka untuk mencapai keseimbangan netralitas elektron, nilai SID harus sama dengan 0. Namun karena pada umumnya cairan biologis juga mengandung asam lemah, maka SID tidak bisa 0, maka dalam larutan tersebut terdapat ion lemah lain yang bermuatan. 6

Di dalam plasma, rumus untuk menentukan SID adalah: SID = { [Na+] + [K+] + [Ca++] + [Mg++] } { [Cl-] + [strong anion lain] (6,7) SID dianggap sebagai variabel independen sebab ion-ion kuat (Na+, Cl-) yang dipakai untuk menghitung SID tidak dipengaruhi oleh sistim, atau dengan kata lain didalam suatu larutan encer (mengandung air) ion-ion tersebut tidak bisa dipaksa untuk berkombinasi dengan ion-ion lemah membentuk suatu molekul baru menjadi misalnya NaOH atau NaCl namun ion-ion tersebut berdiri sendiri-sendiri sebagai bentuk ion bermuatan. Karena sifatnya yang demikian maka ion-ion ini sangat kuat mempengaruhi larutan (sistim) dimana ion tersebut berada dan regulasinya diatur oleh mekanisme dari luar sistim, yaitu ginjal.6,7 Ion-ion kuat in-organik seperti Na+, Cl- pada umumnya diabsorpsi dari usus dan dikeluarkan melalui sistim ekskresi ginjal. Sedangkan ion-ion kuat organik (laktat,

- 5 -


keto-anion) di produksi dan dimetabolisme di jaringan dan dieksresi lewat urin. Konsentrasinyapun tidak ditentukan oleh reaksi di dalam larutan (sistim) tersebut namun diatur sepenuhnya melalui mekanisme dari luar sistim. 6 Jika dalam suatu larutan kita mempunyai nilai ion kuat tersebut maka kita dapat menghitung SID yang juga disebut sebagai SIDa (apparent SID) yaitu: SIDa = { [Na+] + [K+] + [Ca++] + [Mg++] } {[Cl-] + [laktat-] (6) 140 100 Nilai SID normal berkisar 40-42 mEq/l (didapat dari 140 100), sebab hanya Na+ dan Cl- yang konsentrasinya tinggi dibanding ion kuat lain sehingga ion-ion ini dianggap mewakili.6 Lebih spesifik lagi dapat dikatakan bahwa karena [Na+] berperan penting pada tonisitas maka peran [Cl-] menjadi lebih dominan dibanding [Na+] dalam menentukan pH cairan ekstrasel (ECF).6 [ATot] (total konsentrasi asam lemah yang non-volatile) Menggambarkan jumlah total konsentrasi asam lemah non-volatile dalam sistim. Secara kolektif semua asam-asam lemah dalam sistim dipresentasikan sebagai HA. Reaksi disosiasinya adalah: 6 HA H+ + A- Hukum kekekalan massa (the conservation of mass) berarti jumlah total dari [ATot] di dalam sistim harus selalu konstan.Tidak ada satu reaksipun di dalam yang dapat memproduksi atau mengkonsumsi A. Konservasi dari A sbb: [Atot] = [HA] + [A] (6,7) Di dalam plasma, asam lemah non-volatile yang utama adalah: 1. Protein {[Pr Tot] = [Pr-] + [HPr]} 2. Posfat {[ Pi Tot] = [PO4 3] + [HPO42 -] + [H2PO4-] + [H3PO4]} (6,7) Albumin [Alb] dianggap mewakili unsur protein sebagai total asam lemah [ATot] dibanding globulin karena globulin tidak berkontribusi secara berarti terhadap total muatan negatif dari protein plasma. [Alb] plasma dapat mempengaruhi sistim namun tidak diatur oleh sistim. Faktor utama yang berperan untuk mengontrol kecepatan produksi albumin adalah tekanan osmotik koloid dan osmolalitas di ruang ekstravaskular hati. 6 Meski posfat terdapat dalam berbagai bentuk, namun jumlah totalnya adalah konstan. Kadarnya dalam plasma diatur bersamaan dengan pengaturan ion calsium. Posfat hanya 5% merepresentasikan jumlah ATot. Kontribusinya terhadap ATot hanya akan bermakna jika konsentrasinya meningkat.6

- 6 -


Sebagai kesimpulan dari ketiga variabel independen tersebut adalah:6-9 1. pCO2 adalah variabel independent pertama yang diatur oleh kontrol sistim

respirasi 2. SID adalah variabel independen kedua yang diatur oleh ginjal, dan diestimasi

sebagai ([Na+] - [Cl-]) 3. ATot adalah variabel independen ketiga yang diatur oleh hati dan diestimasi

sebagai [Alb]. Tujuan dari pendekatan Stewart adalah bagaimana menentukan [H+] atau pH plasma tubuh. Berikut adalah persamaan untuk menemukan [H+] mulai dari sistim yang sederhana yaitu air sampai ke sistim yang lebih kompleks yaitu plasma.6-9 Air (Pure Water) Bagaimana menentukan konsentrasi [H+] di dalam air ? Air akan berdisosiasi menjadi [H+] dan [OH-] dalam jumlah yang sangat kecil (milimol/L). H2O H+ + OH- (7) Persamaan keseimbangan disosiasi menjadi: [H+] x [OH-] = Kw x [H2O] (7)

Kw adalah konstanta disosiasi dari air, dan nilainya tergantung temperatur. Karena produk disosiasi dari molekul [H2O] yaitu [H+] dan [OH-] sangat kecil (masing-masing 1.107 mol/l, maka nilai [H2O] secara esensial dapat dianggap sama dengan konstan (hampir tidak berubah). Selanjutnya agar persamaan lebih praktis Kw dan [H2O] dapat digabung membentuk suatu konstanta baru yaitu Kw; merupakan ion-ion produk dari disosiasi air:7 Kw = [H+] x [OH-] (7) Prinsip kenetralan elektrik harus terjadi dan ion-ion yang ada hanya H+ dan OH- maka: [H+] = [OH-] Dari 2 persamaan tersebut diatas maka [H+] dapat ditemukan : [H+] = (Kw) (6,7) Dari sistim yang sederhana ini terungkap bahwa konsentrasi H+ dapat ditemukan dengan cara menggabungkan beberapa persamaan yang ada. Prinsip dasar yang digunakan di dalam menganalisa semua sistim untuk mencari [H+] adalah: 6-9

1. Kenetralan elektrik (electrical neutrality) 2. Hukum kekekalan massa 3. Keseimbangan disosiasi

- 7 -


Elektrolit kuat dalam air 7 Sistim ini lebih kompleks; yaitu larutan yang mengandung Na+ dan Cl-. Pada contoh ini timbul istilah yang disebut sebagai SID (strong ion difference). Apa yang menentukan konsentrasi [H+] dalam larutan ini? Pertama adalah dengan menuliskan persamaan keseimbangan disosiasi dari air; Kw = [H+] x [OH-] [OH-] = Kw/[H+] Netralitas elektron; [Na+] + [H+] = [Cl-] + [OH-] [Na+] [Cl-] = [OH-] [H+] [OH-] = Kw/[H+] Kombinasi persamaan-persamaan tersebut menjadi: [H+] 2 + [H+] ([Na+] [Cl-]) Kw = 0 SID [H+] 2 + (SID x [H+]) Kw = 0 [H+] = Kw + SID 2/4 SID/2 (6-9) Dari persamaan x2 diatas terlihat bahwa konsentrasi [H+] pada larutan yang mengandung ion Na+ dan Cl- semata-mata hanya ditentukan oleh SID, (SID hanya satu-satunya variabel yang berada disebelah kanan persamaan), atau dengan kata lain setiap perubahan pada SID akan menyebabkan perubahan pada [H+] atau pH. Misalnya, jika nilai SID negatif (mengecil) maka [H+] akan meningkat atau lebih besar dibanding [OH-] asidosis, sebaliknya jika SID positif (lebih besar) maka [H+] akan lebih kecil dibanding [OH-] alkalosis.6,7 Cairan tubuh 6,7 Dari 2 contoh diatas terlihat bahwa pendekatan tersebut dapat dilakukan pada semua jenis cairan. Meskipun cairan tubuh sangat kompleks, namun Stewart dapat menemukan persamaan yang dapat digunakan untuk mendeskripsikan sistim dan mencari nilai [H+]. Cairan tubuh adalah larutan encer yang mengandung beberapa ion-ion kuat (inorganik dan organik) dan ion lemah (yang volatile; sistim CO2/HCO3- dan asam lemah non volatile HA). Seperti diketahui bahwa variabel independen yang menentukan pH cairan tubuh adalah pCO2, SID dan [ATot], sedangkan variabel-variabel seperti H+, OH-, HCO3 dan [A-] sangat tergantung pada nilai-nilai dari ketiga variabel

- 8 -


independen. Stewart menegaskan bahwa ada 6 persamaan yang secara simultan dperlukan untuk menemukan [H+]. 6-7

1. Keseimbangan disosiasi air; a. [H+] x [OH-] = Kw

2. Persamaan elektro netraliti

a. [SID] + [H+] = [HCO3-] + [A-] + [CO3 2] + [OH-]

3. Keseimbangan disosiasi asam lemah a. [H+] x [A-] = KA x [HA]

4. Hukum kekekalan massa untuk A

a. [ATot] = [HA] + [A-]

5. Persamaan keseimbangan pembentukan ion bikarbonat a. [H+] x [HCO3] = KC x pCO2

6. Keseimbangan pembentukan ion carbonat

a. [H+] x [CO32] = K3 x [HCO3-] Persamaan no; 5 merupakan dasar dari persamaan Hendersen-Hasselbach. Hal ini penting untuk diingat bahwa Hendersen-Hasselbach hanya menggunakan persamaan ke 5 lima saja dan tidak memperhitungkan persamaan yang lain.7 Keenam persamaan diatas mencakup 3 variabel independen dan 6 varabel dependent {[HA], [A-], [HCO3-], [CO3-2], [OH-], [H+]}. Selanjutnya keenam persamaan tersebut dapat digunakan untuk mencari nilai salah satu dari variabel dependen berdasarkan nilai variabel independen. Sedangkan nilai dari masing-masing konstanta disosiasi dapat ditemukan pada referensi yang sudah ada.7 Untuk mencari/menentukan nilai [H+] pada larutan yang kompleks tersebut , digunakan bentuk persamaan kuadrat yang telah dipelajari di Sekolah Menengah Atas, yang oleh ahli matematika disebut persamaan kuadrat pangkat empat (a 4th order polynomial). ax4 + bx3 + cx2 + dx + e = 0 (7) Nilai x tidak diketahui, sedangkan a,b,c,d dan e adalah konstan yang nilainya sudah ditentukan Selanjutnya persamaan untuk mencari [H+] menurut Stewart adalah: a.[H+]4 + b.[H+]3 + c.[H+]2 + d.[H+] + e = 0 (7)

- 9 -


dimana; a = 1 b = [SID] + KA c = { KA x ([SID] [ATot]) Kw KC x pCO2 } d = - { KA x (Kw + KC x pCO2) K3 x KC x CO2 } e = - ( KA x K3 x Kc x pCO2 ) Prinsip kenetralan elektrik; [SID]+[H+]-KC.pCO2/[H+]-KA.[ATot]/(KA+[H+])-K3.KC.pCO2/[H+]2-Kw/[H+] = 0 (6,7) Memang persamaan diatas jika diamati menjadi menakutkan, tetapi dengan menggunakan program komputer yang sesuai maka solusi untuk menemukan konsentrasi ion hidrogen secara kuantitatif pada larutan yang kompleks tersebut menjadi sangat mudah dan cepat. Dari persamaan-persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa {H+] dalam plasma tergantung dari nilai-nilai SID, ATot dan PCO2, sebagai berikut; [H+] dan [HCO3-] = ([SID], pCO2, [ATot]) (6-9) Namun bagaimanapun juga menurut Stewart persamaan tersebut diatas bukan untuk melibatkan kita kedalam perhitungan matematika yang rumit, melainkan hanya sekedar menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk menyelesaikan persamaan tersebut, sekaligus menentukan konsentrasi ion hidrogen di dalam suatu larutan asalkan nilai variabel independen dan konstanta keseimbangan masing-masing variabel diketahui. 6,7 Stewart secara esensial telah menciptakan suatu model matematika dari keseimbangan asam basa tubuh yang sebelumnya sulit dipahami. Analisa Stewart ini memberikan suatu pandangan baru terutama para klinisi tentang apa yang sebetulnya terjadi pada tingkat kimia dalam reaksi keseimbangan asam basa, dan konsep ini betul-betul berbeda dengan yang sebelumnya. 10-13 Jadi setiap perubahan pada variabel independen akan menyebabkan gangguan pada keseimbangan asam basa tubuh: pertama, perubahan pada pCO2 akan menyebabkan asidosis respiratori, dan kedua, perubahan pada SID dan/atau ATot akan menyebabkan asidosis metabolik.10,11 Perubahan pada pCO2 terjadi secara cepat oleh ventilasi, sedangkan perubahan pada SID yang disebabkan oleh adanya perubahan pada konsentrasi ion-ion kuat dalam tubuh berjalan lebih lambat. Regulasi dari ion-ion kuat diatur oleh usus (absorpsi) dan ginjal (ekskresi).12,13 Kontribusi utama terhadap ATot dalam cairan tubuh adalah protein, dan [Alb] penting untuk kompartemen ekstrasel. Pada umumnya protein disintesis oleh hati, dan perubahan pada konsentrasi protein lebih lambat dibanding SID, sehingga pada gangguan keseimbangan asam basa SID lebih banyak berperan. Dengan kata lain, jika

- 10 -


ATot konstan, maka perubahan pada SID dan pCO2 merupakan penyebab gangguan keseimbangan asam basa. 12,13 INTERAKSI ANTAR MEMBRAN Masing-masing kompartemen cairan tubuh dipisahkan oleh suatu membran dan lapisan epitel. Nilai [H+] masing-masing kompartemen ditentukan oleh masing-masing variabel independen dari tiap-tiap kompartemen. Jadi gangguan keseimbangan asam basa yang terjadi di dalam suatu kompartemen disebabkan oleh perubahan pada satu atau lebih variabel independen di kompartemen yang bersangkutan.6,7 Interaksi asam basa antar membran Seperti diketahui bahwa tubuh kita mempunyai 3 kompartemen utama; interstitial, intraseluler dan plasma. Ketiga kompartemen ini saling berinteraksi melalui membran sel dan membran kapiler. Demikian juga dengan asam basa akan saling berinteraksi melalui membran-membran ini.7 Difusi CO2 melaewati membran sangat mudah dan cepat, sehingga setiap perbahan yang terjadi pada pCO2 akan cepat diatasi oleh perubahan ventilasi. Konsekuensinya adalah: 7

Konsentrasi [H+] di semua cairan kompartemen tubuh mudah berubah atau diatur.

Perubahan pada pCO2 tidak akan menyebabkan terjadinya perbedaan konsentrasi [H+] dari masing-masing kompartemen.

Protein paling banyak terdapat di intrasel dan plasma kecuali di interstitial. Albumin, karena bermolekul besar tidak dapat melewati membran kecuali pada keadaan tertentu seperti kebocoran/kerusakan membran. Dengan dasar ini maka setiap perubahan konsentrasi [H+] antar membran jelas bukan berasal dari pergerakan protein.7,10-13 Konsentrasi posfat [Pi] dalam plasma sedikit sekali dan diatur sepenuhnya oleh regulasi kalsium sehingga transfer posfat melewati membran juga tidak berkontribusi secara bermakna dalam interaksi asam basa. 7 Dari keterangan diatas terlihat bahwa SID merupakan bariabel independen yang terpenting dalam pengaturan asam basa antar membran. Ion-ion kuat dapat melewati membran melalui mekanisme channel ion (pasif) atau pompa transport (aktif). Ion-ion kuat ini juga dapat bergerak mengikuti atau melawan perbedaan konsentrasi.7

- 11 -


Jadi dari ketiga variabel independen ini; pCO2:

CO2 sangat mudah melewati membran sehingga tidak berkontribusi dalam menyebabkan perbedaan status asam basa antar membran.

[ATot]:

protein juga tidak dapat melewati membran jadi tidak juga berkontribusi dalam menyebabkan perbedaan status asam basa antar membran.

SID: Ion-ion kuat dapat melewati membran maka ion-ion kuat merupakan kontributor utama dalam kesimbangan asam basa antar membran.

Perubahan pada SID merupakan mekanisme utama dalam menentukan perbedaan status asam basa antar membran dibanding pCO2 dan [ATot]. Prosesnya bisa melalui pertukaran (Na+ - H+) atau (K+ - H+) melewati membran.7 Didalam pengaturan keseimbangan asam basa, selama ini ginjal yang dianggap berperan dalam mengeluarkan asam dari tubuh (misalnya, jika pH urin lebih rendah dari plasma berarti sejumlah H+ diekskresi oleh ginjal). Jika kita memahami teori Stewart maka pernyataan ini tidak benar. Memang betul bahwa ginjal mempunyai peran dalam menurunkan konsentrasi [H+] dalam plasma, namun mekanismenya bukan melalui ekskresi [H+] tersebut.4,10-13 Menurut teori Stewart, penurunan konsentrasi [H+] dalam plasma tersebut adalah akibat regulasi tubuh terhadap SID (terutama Cl-) melalui tubulus ginjal. Ion klorida akan difiltrasi namun tidak di reabsorbsi, sehingga nilai SID dalam plasma dijaga tetap seimbang. Jadi pembentukan amoniagenesis di ginjal berfungsi menghasilkan NH4+ agar Cl- dapat diekskresi dalam bentuk NH4Cl. Jadi pentingnya peran [NH4+] bukan karena sifatnya yang dapat mengangkut H+, namun karena sifat ko-ekskresinya bersama klorida.4,6,7 Contoh lain dari interaksi asam basa antar membran terjadi di lambung. Cairan lambung bersifat asam bukan karena transport H+ kedalam lambung, tetapi karena pergerakan ion klorida. Ion klorida akan disekresi kedalam lambung dari plasma sehingga SID cairan lambung menjadi kecil dan karena SID kecil maka [H+] akan lebih banyak dari [OH-] pH akan turun.4,6,7 KESIMPULAN Pendekatan Stewart ini perlahan-lahan mulai diaplikasikan di beberapa journal penelitian tentang keseimbangan asam basa tubuh. Pendekatan ini memberi suatu pandangan baru ke dalam proses kimia yang menentukan pH cairan tubuh. Perbedaan yang jelas terlihat antara H-H dengan Stewart ini adalah jika pada pendekatan H-H perhatian tertuju pada ion bikarbonat, maka pada pendekatan Stewart ion klorida merupakan anion terpenting sebagai faktor kausatif.

- 12 -


KEPUSTAKAAN

1. Leblanc M, Kellum JA. Biochemical and Biophysical Principles of Hydrogen Ion Regulation. In: Critical Care Nephrology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 1998. pp 261-277.Ronco C, Bellomo R (eds).

2. Morfei J. Stewarts Strong Ions Difference Approach to Acid-Base Analysis. Respir Care 1999;44(1):45-52.

3. Wilkes P. Acid-base lecture in Acid-base management. University of Ottawa Departemen

of Anesthesiology, Physics and Fluids Core Program, october 11,2001.

4. Kellum JA. Determinants of Blood pH in Health and Disease. Critical Care 2000;4:6-14.

5. Jones NL: A quantitative physciochemical approach to acid-base physiology. Clin Biochem 1990; 23:89-195.

6. Schalkwyk JV.m A Basic Approach to Body pH.. Cited on 1999, Available on; http://www.anaesthetist.com/icu/elec/ionz

7. Brandis K.Quantitative Analysis of Acid-Base Disorders, In: Acid-Base Physiology An

Online Tutorial, chapter 10.Cited On 14 March 2002, Available on: http://www.qldanaesthesia.com.

8. Stewart PA: How to understand acid-base. In A quantitative acid-base primer for biology and medicine. Edited by Stewart PA. Elsevier, New York, 1981:1--286.

9. Stewart PA. Modern quantitative acid-base chemistry. Can J Physiol Pharmacol 61:1444-1461, 1983.

10. Kellum JA. Diagnosis and Treatment of Acid-Base Disorders. In: Textbook of Critical Care, W.B. Saunders Co, Philadelphia, PA , 1999. Grenvik A, Shoemaker PK, Ayers S, Holbrook (eds). pp839-853.

11. Kellum JA. Metabolic acidosis in the critically ill: Lessons from physical chemistry. Kidney International 53 (Suppl 66): S81-S86, 1998.

12. Current Opinion in Critical Care Vol 5 No. 6 December 1999. Renal System edited by Rinaldo Bellomo and Claudio Ronco.

13. Fencl V, Leith DE: Stewarts quantitative acid-base chemistry: Applications in biology and medicine. Resp Physiol 1993, 91:1--16.

- 13 -

KESEIMBANGAN ASAM BASA: bagian 2, patofisiologi, diagnosis dan terapi

KESEIMBANGAN ASAM BASA: BAGIAN II, PATOFISIOLOGI, DIAGNOSIS DAN TERAPI

(Paradigma Baru)

Iqbal Mustafa, Yohanes WH George ICU Pusat Jantung Nasional

RS Harapan Kita Jakarta

PENDAHULUAN Umumnya derajat gangguan asam basa tidak begitu berat dan ditoleransi baik oleh pasien. Oleh sebab itu kepentingan diagnosis gangguan asam basa cenderung lebih mempunyai arti bagi seorang dokter daripada untuk pasien.1 Dan karena mekanisme patofisiologi dari gangguan keseimbangan asam basa terutama gangguan metabolik tersebut sangat kompleks dan sulit dipahami maka hanya sedikit dokter yang tertarik untuk mencari penyebab dan mekanisme yang mendasari gangguan tersebut.1 Meski ditoleransi baik namun pada kondisi tertentu gangguan terhadap keseimbangan asam basa dapat berakibat fatal, terutama pada gangguan yang ekstrem dimana pH 7.7 atau perubahannya berlangsung cepat. Kelainan ekstrim tersebut dapat menyebabkan disfungsi pada organ penting seperti edema otak, kejang, gangguan kontraksi otot jantung, vasokonstriksi pembuluh darah paru dan vasodilatasi sistemik.1 Sebagai contoh; pasien asidosis metabolik yang bernafas spontan, akan terjadi hiperventilasi untuk mengkompensasi asidosisnya. Hiperventilasi lambat laun selain akan mengakibatkan kelelahan pada otot nafas juga akan menyebabkan terjadinya pengalihan (diversi) aliran darah dari organ-organ vital ke otot-otot nafas, menyebabkan kerusakan organ (organ injury).1

Asidemia akan meningkatkan kadar katekolamin plasma, peningkatan ini selain mencetuskan aritmia juga akan meningkatkan kebutuhan oksigen miokard pada pasien-pasien sakit kritis terutama pasien dengan infark miokard akut. Dengan demikian jelaslah bahwa pada kondisi tersebut adalah tidak bijaksana jika hanya mengobati penyakit dasarnya tanpa mengobati gangguan asam basa yang terjadi.1 Seperti sudah diketahui bahwa menurut Stewart status asam basa cairan tubuh secara fisik ditentukan oleh beberapa variabel independen. Didalam plasma darah, variabel independen tersebut adalah: (1) PCO2; (2) SID (strong ions difference), yaitu, perbedaan dari jumlah semua kation-kation kuat yang terdisosiasi penuh (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) dengan semua anion-anion kuat (klorida dan anion-anion kuat lain seperti laktat, keto-acid, salisilat dll); dan (3) konsentrasi total asam-asam lemah non-volatile (yaitu, jumlah dari bentuk-bentuk asam lemah, baik yang terdisosiasi maupun yang tidak terdisosiasi, yang oleh Stewart diberi simbol ATot).2-6 Status keseimbangan asam basa disebut normal jika nilai-nilai variabel independen secara empiris normal. Oleh sebab itu manuver terhadap variabel independen

-14-


merupakan esensi dari intervensi terapeutik yang akan dilakukan, sebab tidak satupun variabel dependen (pH, BE atau HCO3-) yang dapat berubah secara primer/individual tanpa perubahan pada variabel independen.1 PRINSIP UMUM Metode Stewart sangat berbeda dengan pendekatan Henderssen-Hasselbach. Singkatnya menurut Stewart konsentrasi dari [H+] hanya ditentukan oleh nilai perbedaan konsentrasi elektrolit kuat (SID), jumlah total asam lemah yang terdisosiasi (Atot) dan pCO2.1,2 Analisa secara matematika menunjukkan bahwa bukannya konsentrasi absolut dari ion-ion kuat tersebut yang menentukan [H+], namun perbedaan dari aktivitas ion-ion kuat tersebut yang berperan, yang disebut sebagai strong ions difference. Untuk mempermudah pemahaman berikut sketsa hubungan antara SID terhadap konsentrasi [H+] dan [OH-] menurut Jonathan Waters.7 Gambar 1. Sketsa hubungan SID, [H+] dan [OH-]

[H+] [OH-] (-) SID (+) Dari sketsa tersebut ditunjukkan bahwa setiap perubahan komposisi elektrolit dalam suatu larutan akan menghasilkan perubahan pada [H+] atau [OH-] dalam rangka mempertahankan prinsip kenetralan muatan listrik (electrical-neutrality).7 Misalnya, peningkatan ion klorida yang bermuatan negatif akan menyebabkan peningkatan [H+] untuk mempertahankan kenetralan muatan listrik. Peningkatan [H+] ini disebut asidosis. Karena hubungan terbalik antara [H+] dengan [OH-] maka dapat juga (lebih mudah) menilai perubahan pH tersebut melalui perubahan pada [OH-]. Peningkatan [OH-] menyebabkan alkalosis, penurunan [OH-] menyebabkan asidosis. Sebagai contoh, pada keadaan hiperkloremia, setiap peningkatan klorida akan menurunkan SID.7 Secara normal karena SID plasma selalu positif, maka akan sama saja jika kita menyebutkan setiap penurunan SID akan menurunkan [OH-]. Penurunan [OH-] menyebabkan asidosis. Jadi [OH-] = SID (hanya jika nilai SID positif, seperti larutan plasma darah dimana SID normal adalah + 40 mEq/l) 7

-15-


Gambar 2. Gamblegram ion-ion kuat

Na+

Cl-

OH

SID mEq/l

KLASIFIKASI Fencl dkk membuat suatu klasifikasi gangguan asam basa berdasarkan metode Stewart. Terlihat pada tabel. Klasifikasi ini menunjukkan bahwa gangguan asam basa metabolik dapat disebabkan oleh 2 kondisi yang abnormal; yaitu SID yang abnormal atau konsentrasi asam-asam lemah non-volatile yang abnormal. Sedangkan gangguan asam basa respiratorik hanya bergantung dari perubahan pada nilai PCO2.8 Perubahan nilai SID dapat disebabkan oleh:

pertama; adanya kelebihan atau kekurangan air dalam plasma, dimana baik kation maupun anion kuat kedua-duanya terdilusi atau terkonsentrasi dalam perbandingan nilai yang sama (dilutional acidosis and concentrational alkalosis),

kedua; perubahan konsentrasi ion klorida, dan

ketiga; adanya perubahan pada konsentrasi anion kuat lain.8

Tabel . Klasifikasi gangguan keseimbangan asam basa, menurut Fencl dkk8

ACIDOSIS ALKALOSIS

I. Respiratory PCO2 PCO2II. Nonrespiratory (metabolic)

1. Abnormal SID

a. Water excess/deficit SID, [Na+] SID, [Na+] b. Imbalance of strong anions

i. Chloride excess/deficit SID, [Cl-] SID, [Cl-] ii. Unidentified anion excess SID, [XA-] 2. Non-volatile weak acids

i. Serum albumin [Alb] [Alb] ii. Inorganic phosphate [Pi] [Pi]

-16-


PATOFISIOLOGI GANGGUAN KESEIMBANGAN ASAM BASA A. RESPIRATORI Gangguan respirasi sejauh ini lebih mudah didiagnosa dan diterapi dibanding gangguan metabolik. CO2 diproduksi oleh metabolisme sel atau titrasi HCO3- oleh asam metabolik. Secara normal ventilasi alveolar akan mempertahankan PCO2 antara 35-45 mmHg. Namun jika kemampuan ventilasi alveolar tidak sebanding lagi dengan produksi CO2, maka gangguan asam basa respiratori akan terjadi.1 PATOFISIOLOGI Karbondioksida merupakan sisa/produk metabolisme sel. Dari sel CO2 akan ditransport melalui plasma dan sel darah merah menuju paru untuk dieliminasi. Sebanyak 7% CO2 larut dalam plasma dan sisanya 93% berikatan dengan sel darah merah. Didalam sel darah merah 23% CO2 akan berikatan dengan hemoglobin (carbaminohemoglobin) dan sisanya 71% akan dikonversi/berreaksi dengan H2O menjadi H2CO3 yang kemudian secara cepat berubah menjadi HCO3- dan H+.9 Selanjutnya HCO3- akan melakukan pertukaran dengan CL- dalam plasma yang disebut chloride shift. Sampai di paru CO2 baik dari sel darah merah maupun yang terlarut dalam plasma akan dilepas. 1,9 Kecepatan produksi CO2 adalah 220 ml/menit, setara dengan 15.000 mmol asam karbonat perhari sedangkan produksi asam-asam non respirasi yang diatur oleh ginjal dan usus hanya 500 mmol/hari. Ventilasi paru diatur oleh pusat respirasi berdasarkan respon terhadap perubahan dari PaCO2, pH dan PaO2, atau keadaan exercise, kecemasan dll. Normal PaCO2 adalah 40 mmHg, merupakan matching yang baik antara ventilasi dengan produksi CO2. Jadi perubahan pada PaCO2 merupakan mekanisme kompensasi sebagai respon dari pH arteri dalam bentuk asidosis atau alkalosis.1

ASIDOSIS RESPIRATORI Ketika rasio antara eliminasi dan produksi dari CO2 tidak adekuat maka CO2 akan meningkat. Selanjutnya [H+] dan [HCO3-] juga akan meningkat mengikuti persamaan keseimbangan asam karbonat. Perubahan pada [HCO3-] ini bukan merupakan adaptasi sistemik namun sepenuhnya merupakan keseimbangan kimia. Dan perlu diingat juga bahwa peningkatan {HCO3-] ini tidak akan menetralisir (buffer) [H+].1 Asidosis jaringan selalu terjadi pada asidosis respiratori sebab CO2 dibuat di jaringan. Jika hiperkapni menetap maka terjadilah kompensasi dimana SID akan meningkat untuk mengkompensasi peningkatan [H+]. Caranya dengan membuang klorida dari plasma.1 Karena masuknya klorida ke dalam sel darah merah akan menyebabkan asidosis intrasel, maka klorida dibuang dari plasma agar SID tetap terjaga. Mekanisme ini dilakukan oleh ginjal, oleh sebab itu pada pasien hiperkapni dengan gangguan fungsi ginjal, klorida tidak dapat dibuang sehingga asidosis tetap terjadi. Namun jika fungsi ginjal baik, dalam beberapa hari SID akan meningkat untuk mencapai pH normal.1 Peningkatan HCO3- pada peningkatan PCO2 merupakan dampak (effect) dari

-17-


penurunan SID untuk mencapai pH normal, bukan sebagai penyebab (cause) peningkatan pH.1 ALKALOSIS RESPIRATORI Respiratori alkalosis merupakan gangguan asam basa yang paling sering ditemukan. Penyebabnya misalnya berada pada ketinggian tertentu, nyeri, kehamilan atau keadaan patologis seperti; intoksikasi salisilat, sepsis awal, gagal hati, dll. 1 Hipokapni merupakan indikator prognosis buruk pada pasien-pasien sakit kritis. Jika hipokani persisten maka SID akan menurun sebagai hasil reabsorpsi oleh ginjal. Alkalemia berat karena alkalosis respiratori jarang ditemukan karena pada umumnya penyebab cepat dikenali.1 B. METABOLIK PATOFISIOLOGI Gangguan terhadap keseimbangan asam basa terjadi melalui 3 mekanisme.; (1) adanya disfungsi regulasi dari organ utama, (2) pemberian obat atau cairan yang mengganggu kemampuan tubuh untuk mempertahankan keseimbangan, atau (3) gangguan metabolisme. Organ-organ yang berperan dalam regulasi SID terutama adalah ginjal dan sebagian kecil oleh saluran cerna.1,7,8 Ginjal Seperti diketahui bahwa setelah plasma mengalir ke ginjal dengan kecepatan 600 ml/menit, selanjutnya difiltrasi oleh glomerulus yang menghasilkan cairan filtrat 120 ml/menit. Filtrat akan direabsorpsi atau sekresi sepanjang tubulus sampai ke ureter dan lebih dari 99% filtrat akan direabsorpsi kembali ke plasma. Jadi jelas bahwa ginjal hanya mensekresi sejumlah kecil ion-ion kuat ke dalam urin perjamnya dalam rangka mempertahankan SID plasma. 1 Setiap klorida yang difiltrasi namun tidak direabsorpsi akan meningkatkan SID plasma alkalosis atau sebaliknya setiap natrium yang difiltrasi namun tidak direabsorpsi akan menurunkan SID asidosis. Namun karena natriun berperan penting dalam mengontrol volume cairan ekstrasel maka klorida lebih berperan dalam mengatur SID urin. Peran klorida tersebut dapat dijelaskan dalam pengaturan makanan kita sehari-hari. Seperti diketahui bahwa hampir semua komposisi makanan kita mengandung kation dan anion kuat dalam perbandingan (rasio) yang sama, namun di dalam plasma perbedaan antara Na dengan Cl tetap dipertahankan berkisar 40 mEq/l. Hal ini menunjukkan bahwa klorida merupakan regulator asam basa yang penting dalam tubuh.10 Pendekatan tradisional mengenai regulasi asam basa oleh ginjal difokuskan pada mekanisme sekresi H+ ke dalam urin. H+ akan berikatan dengan NH3 yang selanjutnya menjadi NH4+. Tetapi dengan melihat peran klorida diatas, maka mekanisme yang sebenarnya adalah bukan H+ yang disekresi melainkan ion klorida. Klorida disekresi bersama dengan NH4+ menjadi NH4Cl. Dengan demikian tujuan amoniagenesis ginjal adalah menghasilkan NH4+ untuk mengikat Cl-.1,10 Dengan keluarnya klorida akan menyebabkan SID urin menjadi kecil asidosis.1

-18-


Interaksi ginjal dan hati Amoniagenesis (glutaminogenesis) dalam hati juga berperan dalam menjaga keseimbangan asam basa. Hal ini dibuktikan bahwa glutaminogenesis di hati distimulasi oleh keadaan asidosis.1,10 Saluran cerna / Traktus digestive Regulasi ion-ion kuat sepanjang saluran cerna berbeda-beda. Di lambung, klorida di pompa keluar dari plasma dan masuk ke lumen, mengakibatkan SID cairan lambung turun (pH lambung turun). Akibatnya plasma sekitar lambung akan alkalosis sebab klorida dipompa keluar sehingga SID plasma meningkat. Di duodenum klorida secara fisiologis seharusnya diabsorpsi kembali dalam plasma agar pH plasma normal kembali. Namun jika dilakukan penyedotan cairan lambung atau terjadi muntah maka dalam plasma akan tetap alkalosis.1 Berbeda dengan lambung, pankreas akan mensekresi cairan dengan klorida rendah atau SID yang lebih tinggi dibanding plasma ke dalam duodenum.1 Sehingga plasma yang memperfusi pankreas mempunyai SID rendah asidosis. Jika terjadi banyak pengeluaran cairan pankreas misalnya karena drainase bedah akan terjadi asidosis.1 Di usus besar, SID cairan juga masih tinggi, karena klorida direabsorpsi kembali ke usus kecil (duodenum). Berarti elektrolit yang tinggal adalah kation yaitu Na+ dan K+. Secara fisiologis tubuh seharusnya menyerap kembali elektrolit-elektrolit ini bersama air.1 Namun jika terjadi diare maka kation akan banyak yang hilang sehingga SID plasma turun asidosis. 1 Gambar; Peran klorida dalam keseimbangan asam basa

SID plasma site = normal

Plasma ClCl

Cl Cl

Stomach

SID gastric fluid = negative acid

Small Intestine

SID plasma site = Positive alkalosis

Na,K

SID plasma site = negative acidosis SID S.I fluid =

normal

Colon

Na,K H2O

Pancreatic

Bile

SID C. fluids = Positive alkali

Kation HCO3- Anion H+

-19-


DIAGNOSIS DAN TERAPI Dalam menyelesaikan beberapa gangguan metabolik yang terjadi dalam praktek sehari-hari perlu dipahami dahulu mekanismenya. Jonathan Waters membuat ilustrasi yang mudah dipahami. Seperti diketahui bahwa gangguan asam basa metabolik dapat disebabkan oleh perubahan pada:1,7,8,10 I. SID, atau II. Asam lemah Asam-asam lemah terdiri dari protein dan posfat. Elektrolit-elektrolit lemah ini hanya sebagian terdisosiasi dalam plasma sehingga kontribusinya dalam mempertahankan prinsip kenetralan muatan listrik hanya sedikit. Hal menunjukkan bahwa sebagian besar gangguan asam basa metabolik yang akut disebabkan oleh perubahan pada SID.8,10

I. SID (strong ions difference) Ada 3 mekanisme yang menjelaskan terjadinya perubahan pada SID:7

1. Perubahan volume air dalam plasma (contraction alkalosis and dilutional acidosis)

2. Perubahan konsentrasi ion klorida dalam plasma (hyperchloremic acidosis and hypochloremic alkalosis)

3. Peningkatan konsentrasi anion-anion yang tak teridentifikasi (unidentified anions)

1. Perubahan volume air (free water change) ASDOSIS KARENA DILUSI 7 Secara tradisional asidosis dilusi dijelaskan sebagai ekspansi volume air ekstrasel oleh larutan yang tidak mengandung alkali. Ekspansi ini akan mendilusi konsentrasi dari bufer HCO3-Akibat dilusi ini terjadilah asidosis. Secara logika tentunya H+ juga harusnya terdilusi, namun sayangnya teori ini tidak dapat menjelaskan mengapa hanya HCO3- yang terdilusi. 7 Stewart menjelaskan kelainan ini melalui fenomena yang sangat berbeda dengan teori lama tersebut. Menurut Stewart air akan mendilusi elektrolit sehingga secara relatif konsentrasi elektrolit akan berubah, dan terjadilah asidosis dilusi, yang terjadi sebagai akibat perubahan pada SID.7 Untuk menjelaskan proses ini kita gunakan ilustrasi. Misalnya plasma kita asumsikan sebagai 1 liter air yang mengandung Na+ 140 mEq/l dan Cl- 110 mEq/l dengan nilai SID adalah 30 mEq (140-110). Kemudian kita tambahkan air sebanyak 1 liter, maka larutan akan terdilusi dengan komposisi menjadi Na+ 70 mEq/l dan Cl- 55mEq/l, dan SID akan menjadi 15 mEq. Karena terjadi penurunan SID dari 30 mEq menjadi 15 mEq, maka [H+] akan meningkat (OH- akan berkurang), sebab disosiasi air harus terjadi untuk mendapatkan keseimbangan elctroneutrality. Jika dihitung (kuantitatif) maka [H+] akan lebih besar dibanding [OH-]. Terjadilah asidosis karena dilusi.7

-20-


1L

Na+ = 70 Cl - = 55

SID = 15 OH = 15

Na+ = 140 Cl - = 110

SID = 30 OH = 30

2 L Gambar 1, asidosis karena dilusi. Pada operasi TUR prostat sering terjadi asidosis karena dilusi, akibat penggunaan air dalam jumlah banyak untuk irigasi selama operasi. Seperti diketahui bahwa sindrom TUR terutama difokuskan pada keadaan dilusi hiponatremia. Terapi tradisional terhadap hiponatremia ini selalu menggunakan cairan NaCl baik yang normal (0.9%) maupun yang hipertonik (3%). Jika kita menggunakan analisa Stewart maka terapi ini terlihat tidak benar.7 Sebagai contoh, misalnya 1 liter larutan dengan komposisi Na+ 70 mEq/l dan Cl- 55 mEq/l (SID = 15) ditambahkan 1 liter larutan NaCL 0.9% yang terdiri dari Na+ 154 mEq/l dan Cl- 154 mEq/l (SID = 0), maka hasilnya adalah kadar natrium akan meningkat namun tidak sebesar peningkatan kadar klorida, akibatnya SID turun. Larutan saat ini mengandung Na+ 112 mEq/l dan Cl- 105 mEq/l SID turun dari 15 menjadi 7 (112-105).7,10 Penurunan SID menyebabkan peningkatan [H+] atau penurunan [OH-] yang berakibat terjadinya asidosis. Seharusnya terapi yang adekuat adalah pemberian Na-laktat atau bikarbonat. Dengan memberikan Na-laktat maka sebenarnya kita menambahkan Na+ lebih banyak dibanding klorida. Meski SID Na-laktat sama seperti NaCl yaitu 0, namun karena laktat cepat dimetabolisme oleh hati dan ginjal maka SID larutan RL sebenarnya 28. Dengan demikian penambahan natrium tanpa disertai penambahan klorida yang berarti sehingga SID meningkat atau pH naik alkalosis. Hal ini telah dibuktikan dalam beberapa penelitian bahwa pemberian ringer laktat justru mengakibatkan alkalosis bukan asidosis.1,8,10,11,12,13 Alternative lain adalah dengan memberikan Na-bikarbonat. Prinsipnya sama dengan pemberian Na-laktat dimana HCO3- akan berubah menjadi CO2 dan cepat dikeluarkan melalui paru sehingga hanya Na yang tinggal dalam plasma. Jadi pada intinya tujuan pemberian Na-bikarbonat adalah meningkatkan SID yaitu penambahan Na tanpa penambahan klorida bukan menetralisir H+ dengan HCO3-. Namun bikarbonat mempunyai efek negatif berupa akumulasi CO2 atau CO2 narkosis jika diberikan pada pasien yang bernafas spontan atau pasien dengan gangguan fungsi paru.1,8

-21-


+ = Gambar 2. Plasma plus NaCl 0.9%

Hal ini sangat berbeda jika diberikan larutan ringer laktat + =

1 L

Na+ = 140 Cl - = 110

SID = 30 OH = 30

Na+ = 154 Cl - = 154

SID = 0 OH = 0

Na+=

154+140/2=147 Cl -=

154+110/2= 132 SID = 15 OH = 15

1 L

2 L

1 L Na+ = 140 Cl - = 110

SID = 30 OH = 30

2 L Na+=

140+137/2=139 Cl -=

110+109/2= 110 SID = 29 OH = 29

1 L

Kation = 137 Cl - = 109

Laktat = 28 SID = 0 OH = 0

Gambar 3, Plasma plus ringer laktat.

Dari contoh diatas dapat diasumsikan bahwa laktat dimetabolisme secara utuh di hati dan ginjal, sehingga pemberian ringer laktat tidak akan menyebabkan asidosis melainkan alkalosis.

ALKALOSIS KONTRAKSI Alkalosis kontraksi dapat terjadi pada pasien-pasien dengan restriksi cairan atau menggunakan diuretik. Sama dengan yang terjadi pada asidosis dilusi, yaitu terjadi sebagai akibat adanya perubahan pada komposisi air ekstrasel. Misalnya contoh kasus yang ekstrem, 1 liter larutan dengan komposisi Na+ 140 mEq/l dan Cl- 110 mEq/l diuapkan sampai tinggal liter. Hasilnya adalah pemekatan dimana konsentrasi Na+ akan menjadi 280 mEq/l dan Cl- menjadi 220 mEq/l. SID saat ini 60 alkalosis.7 Terapinya adalah pemberian air dalam bentuk larutan hipotonik yaitu NaCl 0.45% yang mengandung Na+ dan Cl- masing-masing 77 mEq/l. Hasilnya adalah larutan saat ini mengandung Na+ 145 mEq/l dan Cl- 125 mEq/l dengan SID 20. Jadi dengan memberikan larutan 0.45% SID akan turun dari 60 mEq menjadi 20 mEq, asidosis.7 Namun karena turunnya SID terlalu jauh (menjadi asidosis) maka disebut juga alkalosis dengan over koreksi. 7 2. Perubahan konsentrasi ion klorida 2.1. HIPOKLOREMIA Pergeseran klorida terjadi dalam hubungannya dengan gangguan pada traktus gastrointestinal. Selama ini dikenal bahwa asam yang terjadi pada lambung

-22-


diakibatkan sekresi H+ ke dalam lambung. Seharusnya yang disekresi ke dalam lambung adalah ion klorida, menyebabkan SID dalam cairan lambung menjadi kecil/turun sehingga pH cairan lambung turun asidosis. 1,10 Sekresi Cl tersebut akan menyebabkan SID di plasma (plasma site) akan meningkat alkalosis, sehingga penyedotan asam lambung per nasogastrik tube atau muntah akan menyebabkan alkalosis. Mekanismenya yaitu, klorida dari cairan lambung sewaktu sampai di duodenum seharusnya diabsorpsi lagi, agar pH plasma kembali normal.1,8,10 Selanjutnya sampai diusus besar maka seharusnya kation (Na+) diabsorpsi kembali agar pH plasma normal.1 Namun jika terjadi diare atau gangguan absorpsi di kolon maka terjadi asidosis karena kation banyak keluar tanpa klorida sehingga SID dalam plasma akan turun, atau dapat dikatakan klorida dalam plasma relatif lebih tinggi dibanding Na+, SID menurun asidosis.1,8,10 Pada keadaan alkalosis karena penyedotan lambung atau muntah maka, terapi cairan yang tepat adalah dengan memberikan NaCl 0.9%,7 sedangkan pada keadaan asidosis karena diare atau gangguan absorpsi usus besar terapi cairan yang tepat adalah memberikan ringer laktat, dengan ilustrasi sbb; + =

Na+ = 154 Cl - = 154

SID = 0 OH = 0

1L 1L

Na+ = 140 Cl - = 95

SID = 45 OH = 45

2L Na+ = 147 Cl - = 125

SID = 22 OH = 22

Gambar 4, alkalosis hipokloremik7

Jika dalam larutan dengan komposisi Na+ 140 mEq/l dan Cl- 95mEq/l (SID 45) di tambahkan larutan NaCl 0.9% dengan komposisi Na+ = Cl- = 154 mEq/l (SID 0) , maka hasil akhirnya adalah Na+ 147 mEq/l dan Cl- 125 mEq/l dan SID turun menjadi 22 mEq/l. Namun jika pasien bermasalah dengan volume, atau volume ekstrasel sudah cukup atau over load, maka kita cukup memberikan KCl, MgCl2 atau CaCl2. Sebenarnya sama juga dengan prinsip pemberian Na-bikarbonat, pada kasus ini kita dapat juga memberikan hanya Cl- yaitu dalam bentuk HCl, namun jarang dilakukan.

2.2. HIPERKLOREMIA Hiperkloremia akan menyebabkan terjadinya asidosis atau peningkatan [H+] akibat penurunan SID. Pada umumnya terjadi iatrogenik akibat pemberian cairan dengan komposisi klorida sama dengan natrium seperti larutan NaCl, starch dan albumin in saline. 14-16 Terapi difokuskan untuk meningkatkan SID, seperti Na bikarbonat. 7 Pemberian Na-bikarbonat disini bukan berarti kita memberikan HCO3- untuk menetralisir H+, namun tujuan pemberian Na-bikarbonat disini adalah memberikan Na+ agar SID meningkat, sedangkan HCO3- tidak diperhitungkan karena akan cepat berubah menjadi CO2. Dalam hal ini Na bersifat sebagai efektor bukan HCO3-. Sebab

-23-


HCO3- merupakan variabel dependent dan akan cepat diekskresi melalui paru sebagai CO2.1,7,8,10 Cara lain mengoreksi hiperkloremia ini adalah dengan memberikan anion-anion lain yang mudah dimetabolisme seperti garam natrium dari laktat, glukonas, asetat atau sitrat. 7,8 + =

Na HCO3 Na Laktat Na Asetat Na Glukonas Na Sitrat

SID pH = Alkalosis

Na+ = 140 Cl - = 120 SID = 20

OH = 20

Gambar 5, Asidosis Hiperkloremik 3. Anion-anion yang tak terukur Anion-anion yang tak terukur (Unmeasured Anions) terdiri dari anion-anion yang dihasilkan oleh metabolisme sel. Setiap peningkatan dari anion-anion tersebut akan menurunkan SID sehingga terjadi asidosis, seperti laktat (asidosis laktat), asam keto (ketoasidosis), sulfat dan posfat (gagal ginjal) atau keracunan seperti salisilat atau metanol.1,8,10 Mediator-mediator pada sepsis juga berperan sebagai anion-anion dan berkontribusi menyebabkan penurunan SID asidosis.1 Sedangkan pada cairan-cairan koloid disebutkan bahwa metabolisme polygeline dan starch diduga berperan juga dalam meningkatkan UA (menyebabkan asidosis). 17-20 Pendekatan klasik untuk mengukur adanya UA selama ini digunakan formula base-axcess, standard bicarbonat dan anion gap. Namun beberapa studi dengan menggunakan prinsip Stewart menunjukkan bahwa formula-formula lama tersebut gagal mendeteksi adanya UA.23 Suatu studi yang dilakukan oleh dr. Balasubramanyan dkk menunjukkan bahwa metode Fencl-Stewart dapat mendeteksi adanya UA pada pasien-pasien anak yang sakit kritis meskipun nilai BE dan AG normal. Selain itu metode ini lebih kuat berhubungan dengan mortaliti dibanding dengan BE, AG atau kadar laktat darah.22 Bellomo dalam suatu review artikelnya menyebutkan bahwa dengan menggabungkan BE (Sigaard) dan Stewart maka deteksi UA akan lebih akurat.23

-24-


Langkah-langkah mengkombinasikan BE dengan pendekatan Stewart:23

1. Tentukan BE dari analisa gas darah 2. Tentukan efek SID.

Efek SID, mEq/l = A + B A = Efek H2O dari Natrium = 0.3 x ([Na+] 140).

B = Efek koreksi klorida = 102 ([Cl-] x 140/[Na+]). [Na+] dan [Cl-] merupakan komponen utama SID 3. Tentukan efek dari konsentrasi total asam lemah (ATot)

Efek asam lemah, mEq/l = (0.123 x pH 0.6310 x (42-[alb]). Alb merupakan komponen utama (ATot)

4. Tentukan efek ion yang tak terukur, (UA) Efek (UA) = BE efek SID efek A(Tot)

Berikut contoh kasus menggunakan kombinasi BE dan Stewart; pasien 58 thn, dengan riwayat syok karena trauma multipel, mengalami gagal ginjal. Hasil pemeriksaan kimia darah: pH 7.39 BE effects (mEq/l): CO2 (mmHg) 36 SBE -3.1 Sodium (mEq/l) 139 Free Water ef -0.3 Chloride (mEq/l) 105 Corrected Cl- effect -3.8 Anion Gap (mEq/l) 17.0 Albumine effect 8.8 Albumin (g/l) 18 Unmeasured Anion effect -7.9 Jika kita menilai menurut H-H, maka pasien ini menderita metabolik asidosis namun anion gap masih dalam batas referensi, sehingga memberi kesan tidak ada UA yang bermakna.23 Tetapi menurut analisa Stewart pasien ini sebenarnya menderita asidosis karena adanya UA yang bermakna menurunkan SID, namun karena efek alkalinisasi yang kuat dari hipoalbumin maka pH terlihat normal.23 Dan ternyata setelah diperiksa kadar posfat pasien ini 2.44 mmol/l atau berkontribusi sebesar 5 mEq/l terhadap UA. Hal ini menunjukkan bahwa pendekatan tradisional menggunakan H-H tidak dapat mendeteksi adanya UA ini, karena tertutup oleh kadar albumin plasma yang rendah.23 II. ATot (Jumlah total dari konsentrasi asam-asam lemah) Komposisi asam lemah terdiri dari protein dan posfat inorganik. Karena kadar posfat yang kecil sekali maka tidak dianggap berkontribusi terhadap perubahan nilai Atot, kecuali ada peningkatan bermakna dan ion posfat tersebut.1,8,10,21 Protein plasma terdiri dari Albumin dan globulin, namun albumin yang mempunyai peran penting dalam keseluruhan jumlah protein. Seperti diketahui bahwa protein mengandung 99 asam amino yang bermuatan negatif yang terdiri dari asam aspartat dan glutamat, dan 77 residu yaitu arginin dan lisin yang bermuatan positif. Jadi total jumlah muatan adalah negatif 22 eq/mol.24 Albumin juga mengandung 16 residu histidin dimana group imidazolnya dapat bereaksi dengan H+. 24

-25-


Atot sebagian besar ditentukan oleh konsentrasi protein total dalam plasma. Atot merupakan jumlah total dari fraksi yang terdisosiasi maupun yang tidak, dan merupakan fungsi dari metabolisme protein dan volume distribusi.24 Setiap penurunan kadar albumin plasma akan menyebabkan alkalosis dan sebaliknya peningkatan kadar albumin plasma akan menyebabkan asidosis (paraprotein). Studi dari Wilkes menunjukkan bahwa penurunan kadar albumin (alkalosis) akan dikompensasi oleh ginjal dengan menahan klorida sehingga SID menurun kembali (asidosis).24

Na+

K+

Mg++

Ca++

H+

Cl-

UA-

Alb-

150

100

SID

ATot

Unmeasured Anions: Lactate Sulfat Keto acids Metanol Salisylate

HCO3-

Pi-

mEq/l

50

Cation anion Gambar 6, gamblegram SID, ATot dan Unmeasured anions 8 KESIMPULAN Asidosis maupun alkalosis respirasi disebabkan oleh adanya hiperkapni atau hipokapni, hal ini menunjukkan bahwa pCO2 merupakan variabel independen pada gangguan ini. Asidosis metabolik sebagian besar disebabkan oleh penurunan SID sedangkan alkalosis metabolik sebagian besar disebabkan oleh peningkatan SID. Perubahan pada A[Tot] bagaimanapun juga dapat menyebabkan gangguan asam basa metabolik. Misalnya, hipoalbumin dapat menyebabkan alkalosis metabolik dan hiperalbumin menyebabkan asidosis metabolik. Sebagai contoh, alkalosis metabolik yang terjadi pada pasien dengan sirosis dan sindrom nefrotik adalah akibat kadar [Alb] yang rendah sehingga SID akan meningkat alkalosis. Peningkatan posfat, sulfat dan urate dalam plasma pada gagal ginjal berkontribusi terhadap terjadinya penururnan SID asidosis metabolik. Peningkatan Unmeasured anion (UA) seperti laktat, keto, intoksikasi akan berkontribusi menurunkan SID asidosis. Perbedaan yang jelas terlihat antara H-H dengan Stewart ini adalah jika pada pendekatan H-H perhatian tertuju pada ion bikarbonat, maka pada pendekatan Stewart ion klorida merupakan anion terpenting sebagai faktor kausatif.

-26-


KEPUSTAKAAN

1. Kellum JA. Diagnosis and Treatment of Acid-Base Disorders. In: Textbook of Critical Care, W.B. Saunders Co, Philadelphia, PA , 1999. Grenvik A, Shoemaker PK, Ayers S, Holbrook (eds). pp839-853.

2. Stewart PA: How to understand acid-base. In A quantitative acid-base primer for biology and medicine. Edited by Stewart PA. Elsevier, New York, 1981:1--286.

3. Gilfix BM, Bique M, Magder S: A physical chemical approach to the analysis of acid-base balance in the clinical setting. J Crit Care 1993, 8:187--197.

4. Jones NL: A quantitative physciochemical approach to acid-base physiology. Clin Biochem 1990; 23:89-195.

5. Fencl,V. and T.H. Rossing. Acid-base disorders in critical care medicine. Am.Rev.Med 40:17-29,1989.

6. Kellum JA, Kramer DJ, Pinsky MR: Strong ion gap: A methodology for exploring

unexplained anions. J Crit Care 1995,10:51--55.

7. Waters J. Using Stewart for Clinical Gain. 2001, Available on: http://www.anaesthetist.com/icu/elec/ionz

8. 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

9. Morfei J. Stewarts Strong Ions Difference Approach to Acid-Base Analysis. Respir Care

1999;44(1):45-52.

10. Magder S. Pathophysiology of metabolic acid-base disturbances in patients with critical illness.In: Critical Care Nephrology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 1998. pp 279-296.Ronco C, Bellomo R (eds).

11. Scheingraber S, Rehm M, Sehmisch C, Finsterer U: Rapid saline infusion produces hyperchloremic acidosis in patients undergoing gynecologic surgery. Anesthesiology 1999, 90:1265--1270.

12. Morgan TJ, Hall JA: Hyperlactaemia without acidosis-an investigation using an in vitro

model. Critical Care and Resuscitation 1999; 1:354-359

13. Mustafa I, Laverve M. Metabolic and Haemodynamic Effects of Hypertonic Solution: Sodium Lactate Versus Sodium Chloride Infusion In Postoperative Patients. Shock 2002,18:306310

14. Kellum JA, Bellomo R, Kramer DJ, Pinsky MR: Etiology of Metabolic Acidosis During Saline Resuscitation in Endotoxemia. Shock 1998, 9: 364--368.

15. Waters JH, Miller LR, Clack S, Kim JV. Cause of metabolic acidosis in prolonged surgery.

Crit Care Med. 1999; 27:2142-6. 16. Liskaser FJ, Bellomo R, Hayhoe M, et al: Role of Pump Prime in the Etiology and

Pathogenesis of Cardiopulmonary Bypass-associated Acidosis. Anesthesiology 2000; 93:1170-1173

-27-


17. Rehm M, Orth V, Scheingraber S, et al: Acid-Base Changes Caused by 5% Albumin versus 6% Hydroxyethyl Starch Solution in Patients Undergoing Acute Normovolemic Hemodilution: A Randomized Prospective Study. Anesthesiology 2000; 93:1174-1183

18. Waters JH, Bernstein CA: Dilutional Acidosis following Hetastarch or Albumin in Healthy

Volunteers. Anesthesiology 2000; 93:1184-1187.

19. Hayhoe M. Bellomo R. Liu G. McNicol L. Buxton B. The aetiology and pathogenesis of cardiopulmonary bypass-associated metabolic acidosis using polygeline pump prime. Intens Care Med. 1999;25:680-6855.

20. Hayhoe M, Bellomo R, Liu G, Kellum JA, McNicol L, Buxton B. The role of the

splanchnic circulation in acid-base balance during cardio-pulmonary bypass. Crit Care Med 1999; 27:2671-2677.

21. Kellum JA. Determinants of Blood pH in Health and Disease. Critical Care 2000;4:6-14.

22. Balasubramanian N, Havens PL and Hoffmann GM. Unmeasured anions identified by the Fencl-Stewart method predict mortality better than base excess, anion gap, and lactate in patients in the intensive care unit. Critical Care Med 1999; 27:1577-81

23. David AS, Bellomo R. Hendersen-Hasselbach vs Stewart: Another Acid-Base Controversy. Crit Care & Shock 2002;2:59-63

24. Wilkes P: Hypoproteinemia, strong ion difference, and acid-base status in critically ill patients. J Appl Physiol 1998, 84:1740--1748.

-28-

Tinjauan Ilmu Dasar.pdf Tinjauan Ilmu Dasar KESEIMBANGAN ASAM BASA Iqbal Mustafa, Yohanes WH George

KESEIMBANGAN ASAM BASA1.pdf KESEIMBANGAN ASAM BASA: BAGIAN I, FISIOLOGI Iqbal Mustafa, Yohanes WH George PENDAHULUAN PARADIGMA BARU KONSEP DAN TERMINOLOGI KONSEP VARIABEL DEPENDEN DAN INDEPENDEN SID (Strong ions difference) Cairan tubuh 6,7

INTERAKSI ANTAR MEMBRAN Interaksi asam basa antar membran

KESEIMBANGAN ASAM BASA2.pdf KESEIMBANGAN ASAM BASA: BAGIAN II, PATOFISIOLOGI, DIAGNOSIS DAN TERAPI Iqbal Mustafa, Yohanes WH George PENDAHULUAN PRINSIP UMUM KLASIFIKASI A. RESPIRATORI Gambar 6, gamblegram SID, ATot dan Unmeasured anions 8

Keseimbangan Asam Basa

Documents

Transcript of Keseimbangan Asam Basa