Syrer og baser er sentrale begreper i kjemien. Vi kjenner fra dagliglivet mange eksempler på syrer: melkesyre, citronsyre og saltsyre og på baser: natronlut, ammoniakk o. fl. Vi vet at syrer og baser nøytraliserer hverandre og danner foruten vann i det vi i kjemien kaller salt.
Med homeostase mener vi de høyere organismers evne til å holde kroppsvæskene stabile og av relativt konstant sammensetning. En av de viktigste homeostatiske mekanismer i menneskeorganismen er beskjeftiget med å opprettholde normal surhetsgrad i legemsvæskene. Denne regulering er meget kompleks, og mange organer er involvert.
Forstyrrelser i syre-base-likevekten kan opptre ved en rekke ulike sykdomstilstander.
Før vi gir oss i kast med syrebaseforholdene i menneskeorganismen må vi definere hva syre er og forklare hva vi mener med surhetsgraden i en oppløsning. I moderne kjemi og biokjemi defineres en syre som et stoff som kan spalte av frie hydrogen-ioner (H+ ioner). Hydrogen som har det kjemiske tegn H, er det enkleste grunnstoff vi har. Det består av en kjerne som er positivt ladet, og omkring denne kretser et elektron (neg. ladet) omtrent som en planet rundt en sol. Hvis hydrogenatomet mister sitt elektron, får en igjen en naken atomkjerne, og denne kalles hydrogen-ion. Ion er betegnelsen på en elektrisk ladet partikkel. Hydrogen-ionet er egentlig bundet til et vannmolekyl og skulle være skrevet H+ H2O, men for lettvinthets skyld sløyfes H2O i det etterfølgende, og vi vil bare snakke om H+ ionet og om H+ ionekonsentrasjon. Eksempler på syrer er saltsyre (HCl) og karbonsyre (H2CO3). Denne siste ble tidligere kalt kullsyre.
HCI = H+ + cl-
H2CO3 = H + + HCO3-
Felles for disse to er at de kan spalte av H+, altså er de syrer. En base er det motsatte av en syre: et stoff som kan binde H+ ioner. Ammoniakk er eks. på base og binder H+ ion etter ligningen NH3 + H+ = NH4+. Natronlut NaOH inneholder den sterke basen OH-. Den binder H+ ion etter ligningen OH- + H+ = H2O. I eldre klinisk terminologi brukes ordene syrer og baser i betydningen hhv. anioner og kationer. Denne gammeldagse definisjon går nå mer og mer av bruk. I denne utredning vil bare den moderne definisjon bli brukt. (Brønsteds definisjon).
I en vannoppløsning hvor vi setter til syre, øker vi konsentrasjonen av frie H+ ioner. Omvendt hvis vi setter til base, bindes H+ oiner og konsentrasjonen av H+ ionene avtar. Surhetsgraden minker. Surhetsgraden kan vi uttrykke som en konsentrasjon av frie H+ ioner. I blodet vårt er det av frie H+ ioner bare 0,000 000 040 gram pr. liter. For å slippe å skrive så mange nuller, gjør vi denne konsentrasjon om til nanogram pr. liter. Et nanogram er det samme som et milliardedels gram (l nanogram = 0,000 000 001 g). Etter dette blir blodkonsentrasjonen 40 nanogram pr. liter. Til sammenligning kan nevnes at i en oppløsning av 6% eddik (husholdningseddik) er konsentrasjonen av frie H+ ioner ca. 100 000 ganger større enn i blodet, og i konsentrert saltsyre er konsentrasjonen ytterligere over 1 000 ganger større enn i den 6%-ige eddiken. Vanligvis angis surhetsgraden i væsker i pH. Den normale pH i blodet ligger på ca. 7,40. pH er definert som den negative Briggske logaritme til hydrogenionekonsentrasjon utttykt som molaritet. En må først uttrykke hydrogenionekonsentrasjon som molaritet dvs. antall grammolekyler eller gramioner oppløst pr. liter. For hydrogen er et gramion lik et gram slik at konsentrasjonen
0,000 000 040 gram pr. l. = 0,000 000 040 gramion pr. l.
Dette siste uttrykket kan skrives
0,000 000 040 gramion pr. l. = 10-7,40 gramion pr. 1.
Logaritmen til dette taller i det Briggske logaritmesystem (gr.tall 10) er -7,40. Nå er pH definert som den negative logaritme til hydrogenionekonsentrasjonen, altså. - - 7,40 = 7,40. Noen talleksempler med pH vil belyse dette vanskelige begrep. Hvis blodets normale pH er 7,40, hva blir da pH hvis H+ ionekonsentrasjonen stiger til det dobbelte? Svar: 7,10. Urinens pH kan under ekstreme syreforgiftninger komme ned i 4,50. Da er konsentrasjonen av frie H+ ioner 800 ganger større enn i blodet! Tallet 10-4,5 er nemlig 800 ganger større enn tallet 10-7.4.
Ved nedbrytningen av næringsstoffene i alle kroppens celler dannes såvel syrer som baser. Det dannes mest syrer og av disse igjen er det karbonsyre som er den absolutt dominerende. Ellers dannes t. eks. svovelsyre, fosforsyre og flere organiske syrer. Livsprosessene inne i cellene er meget følsomme for variasjoner i surhetsgraden. Hvis vi t. eks. sier at konsentrasjonen av frie H+ ioner inne i cellene er ca. 50 nanogram pr. liter, pH = 7,30 (noe surere enn blodet) så tåler ikke cellene variasjoner i surhetsgraden utenfor området 15 til 150 nanogram pr. l. Dette svarer til pH verdiene 7.82 og 6,82. (Ved 10 dobling av surhetsgraden går pH en enhet ned.) Sprintere av verdensformat kan ha 160-170 nanogram pr. l. ved avsluttet sprint! Surhetsgraden må altså holdes innenfor snevre grenser hvis livsprosessene skal gå. Hvis grensen overskrides, dør cellene. Sammenlignet med disse tallene er det enorme mengder syre som produseres i menneskeorganismen. Hos en voksen mann på 75 kg produseres på et døgn en syremengde som er like stor som syremengden i 2 liter konsentrert saltsyre. Hvis denne syremengde ble fortynnet med 50 liter vann (samme vannmengde som er i et menneske på 75 kg), så ville konsentrasjonen av hydrogenioner her bli ca. 500 000 000 nanogram pr. liter. Det er dog ikke helt riktig å sammenligne denne konsentrasjonen med forholdene i organismen. Som vi skal se senere, er det mange hydrogenioner som er bundet til såkalte buffere i kroppen vår.
All den syre som dannes i cellene må fjernes fra organismen vår, den må bringes fra cellene til vevsvæsken og videre til blodet som transporterer syren til utskillelsesorganene lunger og nyrer. Men til enhver tid må surhetsgraden inne i cellene være regulert innenfor de snevre grenser som er nevnt ovenfor. Vi begynner å ane hvilke kompliserte mekanismer som opererer i kroppen vår ved transport og utskillelse av den produserte syre. I virkeligheten er reguleringen av hydrogen-ionekonsentrasjonen en av de finest kontrollerte mekanismer i kroppen vår.
Før vi går over til å se på utskillelsen av syrer i lunger og nyrer, må kort omtales de såkalte buffere eller støtputer. Bufferne spiller en viktig regulerende rolle i kampen mellom syrer og baser. I cellene, i vevsvæsken og i blodet er det slike buffere: Kjemiske stoffer som kan binde til seg hydrogenioner og evt. senere gi dem fra seg når forholdene tilsier det. Hvis det plutselig opptrer mange hydrogen-ioner (t. eks. økt syreproduksjon) så vil disse buffere tre støttende til og binde en del av de dannede hydrogen-ioner. Derved blir ikke konsentrasjonsøkningen av de frie hydrogen-ioner så stor. Omvendt hvis det blir lite hydrogenioner (på grunn av økt baseoppsuging i tarmen t. eks.) så vil bufferne gi fra seg H+ ioner. Under normale forhold har bufferne en god del hydrogen-ioner bundet til seg.
Vi skal se litt på utskillelsen av syrer og baser i menneskeorganismen. Særlig er det syrene som interesserer, fordi det ved stoffskiftet dannes mest av disse. Den relativt lille basemengde som produseres, blir nøytralisert av en tilsvarende mengde syre. Via lungene og nyrene er det organismen kvitter seg med sitt syreoverskudd. Alle syrer som kan overføres til gassform ved vanlig legemstemperatur, skilles ut gjennom lungene og resten (de ikke-flyktige) skilles ut gjennom nyrene.
Først skal vi se på forholdene i lungene. Her blir blodet renset for sitt karbonsyreoverskudd. Det skjer ved at karbonsyren spaltes i karbondioksyd (tidl. kalt kulldioksyd) og vann. H2CO3 = CO2 + H2O. Karbondioksyd er en gass som går ut med utåndingsluften. Respirasjonen reguleres som kjent automatisk, vi behøver ikke tenke over hvor fort vi skal puste. En av de viktigste faktorene i denne regulering er mengden av karbonsyre i blodet. Er det korbonsyreoverskudd i blodet settes respirasjonen automatisk opp, er det mindre karbonsyre enn normalt, reguleres respirasjonen ned. Derved blir det ikke skilt ut så meget karbonsyre, og karbonsyremengden i blodet reguleres opp til normalt nivå igjen. Disse reguleringene skjer helautomatisk og via fint registrerende «måleapparater» i hjernen.
De ikke-flyktige syrer må organismen skille seg med via nyrene. Nyrene er jo kroppens hovedrenovatør og har også ansvaret for å rense blodet for syreoverskudd. Urinens pH kan som tidl. nevnt komme ned i 4,50 under ekstreme forhold. Nyrene kan konsentrere syren i blodet opptil 800 ganger når kapasiteten nyttes fullt ut. Pga. utskillelse av buffere med urinen kan utskillelsen ytterligere mangedobles. På dette vis kan en god del syre skilles ut med urinen. Nyrene kan i motsatt retning holde tilbake syre, og konsentrasjonen av frie H+ ioner i urinen kan settes ned til sjetteparten av hva den er i blodet.
Ved mange sykdommer eller sykdomstilstander består sykdomsmekanismen i forskyvninger i kampen mellom syrer og baser i organismen. Takket være nye metoder og den veldige utbygging og forbedring av de kjemiske sykehuslaboratorier kan vi i dag meget lettere undersøke syre-basetilstanden hos en pasient. En stigning i konsentrasjonen av frie H+ ioner i blodet (senket pH) kaller vi acidose og en nedsettelse av hydrogenionekonsentrasjonen (økt pH) kalles baseose eller alkalose. Forstyrrelser i syre-base likevekten i blodet kan være enten respiratoriske eller metabolske. En respiratorisk forstyrrelse forårsakes av en primær forandring i respirasjonen. CO2 mengden i blodet (angis vanligvis som CO2 trykk, pCO2) forandres primært og pCO2 angis som et mål for resp.syrebaseforstyrrelse. En metabolsk forstyrrelse forårsakes av overskudd resp. underskudd av fixe syrer eller baser i blodet. Standard bicarbonat (konsentrasjonen i blodet av NaHCO3, egtl. HCO3- under standardiserte betingelser) er den mest relevante verdi for å uttrykke metabolske forstyrrelser. Vi skal se på 4 eksempler hvor syre-basebalansen i organismen er av vesentlig betydning for å forstå selve sykdomsmekanismen.
Eksempel l. METABOLSK ACIDOSE
En diabetespasient slutter å bruke insulin. Blir derved tiltagende syk. Pga. omleggingen av stoffskiftet fra kullhydratomsetning til mer fettomsetning, så økes produksjonen av fixe (ikke-flyktige) syrer betydelig. Denne syreproduksjonen blir etterhvert så uttalt at organismen ikke greier å skille ut den produserte syremengde. Selv om nyrene arbeider på spreng for å skille ut mest mulig syre, og åndedrettet settes opp for å få skilt ut mer karbonsyre, så tiltar syreforgiftningen (acidosen) gradvis, Pasienten dør tilslutt av denne forgiftningen hvis han ikke får adekvat behandling i tide. Behandlingen består i å gi insulin og å behandle syreforgiftningen ved å tilføre base. (T. eks. NaHCO3 som inneholder basen HCO3-. HCO3-binder nemlig H+ etter ligningen HCO3- + H+ = H2CO3. H2CO3 spaltes i H2O og CO2, CO2 pustes ut.
Eksempel 2. METABOLSK BASEOSE
En pasient med mavesår spiser natron (NaHCO3) for å nøytralisere mavesyren. Hvis mengden av natron blir stor, kan man etterhvert få en baseforgiftning som er skadelig. Mekanismen som settes i sving hos denne pasient er følgende: Hjernen og nyrene registrerer automatisk at det er baseoverskudd i blodet. Hjernen sender impulser til åndedrettet med beskjed om at det midlertidig må settes noe ned. Derved holdes det igjen syre i organismen til å nøytralisere baseoverskuddet. Likeledes setter nyrene ned syreutskillelsen for å ha mer syre til å nøytralisere basen.
Eksempel 3. RESPlRATORISK ACIDOSE
En pasient med poliomyelitt er bl. a. rammet i åndedrettsmuskulaturen. Denne pasient vil ikke på egen hånd kunne puste effektivt. Han vil derved ikke greie å skille ut den dannete karbonsyre, og resultatet blir syreforgiftning. Selv om nyrenes syreutskillelse er økt betydelig blir det likevel syreforgiftning. Ved siden av karbonsyreopphopningen i organismen vil også oksygenmangelen sterkt prege sykdomsbildet. Samme tilstand kan til en viss grad komme frem hos en normal person som holder pusten. Det greier man som kjent ikke lenger enn mellom 1 og 1 1/2 minutt. I denne tiden har det samlet seg en del mer karbonsyre, og surhetsgraden i blodet er steget. Dette kan enkelt måles ved en blodprøve. Hydrogenionekonsentrasjonen og karbonsyreinnholdet er i dette tilfelle begge økt. (pH er senket.)
Eksempel 4. RESPIRATORISK BASEOSE
Pasient med globoidforgiftning. Acetylsalicylsyren i globoid skulle en her tro førte til syreforgiftning, men mekanismen er følgende: Acetylsalicylsyren stimulerer åndedrettssentret i den forlengete marg slik at respirasjonen settes betydelig opp. Derved blir det skilt ut mer karbonsyre enn normalt, og vi får baseoverskudd i blodet. Hvis denne blir sterk nok, kan pas. få kramper og dø. Selv om pas. fikk syre i form av acetylsalicylsyre så var det her virkningen på åndedrettssentret som helt dominerte. Nyrene hos en slik pasient holder igjen all den syre de makter, men de greier ikke å kompensere for syretapet via lungene.
I alle disse fire tilfellene vil behandlingen foregå i sykehus. Behandlingen består i å fjerne selve årsaken til den sykelige prosess.
T. eks. gi diabetespasienten insulin. Men samtidig må syre- evt. baseforgiftningen behandles fordi den i seg selv kan være slik en farlig tilstand. Syreforgiftning behandles med basetilførsel. Gir t. eks. NaHCO3. Baseforgiftning behandles med syretilførsel t. eks. ammoniumklorid NH4Cl.
Jeg har i det foregående prøvd å peke på de uhyre kompliserte og nøyaktige mekanismer som virker i menneskeorganismen både under normale og under sykelige forhold for å stabilisere syre-basetilstanden. Denne regulering skjer helautomatisk og langt finere enn noe mekanisk apparat kunne greie. På mange større sykehus i Norge i dag finnes apparatur som gjør det mulig å måle surhetsgrad og karbonsyreinnhold i blodet. Man er derved istand til å følge sykdommene bedre og behandle dem mer effektivt.
