Happo-emäs-tasapaino

pH

Vetyioniväkevyys ilmoitetaan tavallisesti pH-yksikköinä, joilla tarkoitetaan vetyioniväkevyyden negatiivista logaritmiarvoa. pH 4 tarkoittaa siis kymmenkertaista vetyioniväkevyyttä pH 5 verrattuna. Liuos, jonka pH on 1, on hyvin hapan. Neutraalin liuoksen pH on 7 ja erittäin emäksisen liuoksen 14. Liuoksen pH-arvo voi olla myös alle 0 tai yli 14.

Elimistön pH

Entsyymeillä on tietty optimaalinen vetyioniväkevyytensä, jossa niiden toimintakyky on suurimmillaan. Useilla solujen entsyymeillä se on pH 7:n ja 8:n välillä. Vetyioniväkevyyden muuttuminen vaikuttaakin suuresti aineenvaihduntaan, ja pH on elimistön tarkimmin säätelemiä suureita. Valtimoveren pH on 7,4 ja se vaihtelee normaalisti vain 7,35:stä 7,45:een. Kun elimistön pH laskee alle 7,35, puhutaan asidoosista ja kun se nousee yli 7,44, kyseessä on alkaloosi. Veren pH:n siirtyminen alueen 7,0-7,8 ulkopuolelle merkitsee hengenvaaraa. Koska monet solujen aineenvaihduntatuotteet, varsinkin hiilidioksidi, alentavat pH:ta, kudosnesteen pH on hieman pienempi kuin valtimoveren pH keskimäärin. Solujen sisäinen pH on vieläkin alhaisempi, 7,0:n paikkeilla.
Normaalin ruokavalion aikana syntyy aineenvaihdunnassa happamia ja emäksisiä kuona-aineita. Happamista kuona-aineista on tärkein hiilidioksidi, joka poistuu pääasiassa keuhkojen kautta ja emäksisistä vety, jonka munuaiset erittävät virtsaan. Pienissä määrin happoja ja emäksiä eritetään myös ruoansulatuskanavan ja ihon kautta. Feedback-periaatteen eli elimistön palautemekanismin mukaisesti aineenvaihdunnassa syntyvät happamat ja emäksiset yhdisteet säätelevät munuaisten ja hengityselinten toimintaa siten, että happo-emäs -tasapaino säilyy. Munuaisperäiseen häiriötilaan elimistö reagoi keuhkojen kompensaatiolla ja päinvastoin. Normaalioloissa veren pH pysyy lähes muuttumattomana. Siihen, että happo-emäs -tasapainon pienten heilahtelujen vaikutus veren pH-arvoon pysyy vähäisenä, vaikuttavat myös veren ja muiden ruumiin nesteiden puskuriominaisuudet.

Puskurit

Puskurin muodostaa heikko happo ja sitä vastaava emäs. Elimistöllä on useita puskurijärjestelmiä pH:n ylläpitoon: Kliinisesti tärkein on bikarbonaatti-hiilihappo-puskuri, muita puskureina toimivia ovat muun muassa hemoglobiini, fosfaatti ja proteiinit. Puskurit ovat nopeimmin toimiva vaste pH:n säätelyssä. Hitaammin pH:n säätelyyn osallistuvat munuaiset ja keuhkot. Vasta kun keuhkojen ja munuaisten säätelykyky ylitetään, veren pH muuttuu jyrkästi.
Olennaista on, että elimistö pyrkii ylläpitämään hiilihapon ja bikarbonaatin suhdetta vakiona 1/20, jolloin pH pysyy normaalina.

Happo-emästaseen häiriöt ja niiden tutkiminen

Verikaasuanalyysilla saadaan tietoa elimistön hapensaannista, hiilidioksidin kertymisestä ja happo-emästaseesta. Elimistön fysiologista tilaa tutkiessa verikaasujen eli hapen ja hiilihapon osuus ilmoitetaan osapaineena ja happo-emästase (puskurit ja emäsylimäärä) yksikössä mmol/l. Näyte otetaan valtimosta tai sormenpäästä tilanteesta riippuen, jäähdytetään ja tutkitaan verikaasuanalysaattorilla mahdollisimman nopeasti. Liian pitkä säilytys muuttaa näytteen ominaisuuksia.
Tutkimus on välttämätön akuuttien tilanteiden arvioinnissa, kuten diabeteskoomaa ja myrkytyksiä epäiltäessä, uhkaavan hengitystieinsuffisienssin kohdalla ja hitaampien muutosten seurannassa (esimerkiksi diabetespotilaan kehittyvässä asidoosissa).
Häiriötilat jaetaan syntymekanismiensa puolesta seuraavasti:

Respiratorinen alkaloosi

Löydöksenä pH:n nousu ja hiilidioksidiosapaineen lasku. Potilas huohottaa hengityskeskuksen häiriötilan takia (hyperventilaatio). Munuaiset kompensoivat respiratorista tilaa erittämällä bikarbonaattia ja pidättämällä vetyioneja, jolloin pH normalisoituu. Hyperventilaatio laukeaa hengittämällä paperipussiin, jolloin hiilidioksidin hävikki lakkaa.

Respiratorinen asidoosi

Keuhkovaurio, verenkiertohäiriö ja hengityskeskuksen häiriö aiheuttavat respiratorista asidoosia. Löydöksenä hiilidioksidiosapaineen nousu ja pH:n lasku. Munuaiset kompensoivat tilaa pidättämällä bikarbonaattia ja erittämällä vetyioneja.

Metabolinen alkaloosi

Tilaan johtaa oksentelu ja emäksinen ruokavalio. Löydöksenä kohoneet bikarbonaatti-, emäsylimäärä- ja pH-arvot. Keuhkojen kompensaatio on hengityksen hidastuminen jolloin hiilidioksidiosapaineen nousu laskee pH:n normaalitasolle.

Metabolinen asidoosi

Aineenvaihdunnan häiriöstä tai munuaisten vajaatoiminnasta johtuvassa tilassa löydökset ovat vastakkaiset metaboliselle alkaloosille. Tilaa kompensoidaan kiihdyttämällä hengitystä, jolloin hiilidioksidiosapaine laskee ja pH pääsee nousemaan normaalitasolle.