Dengan adanya berbagai macam zat dalam tubuh yang dapat bersifat asam atau basa, dibutuhkan organ-organ yang berfungsi untuk menjaga keseimbangan asam-basa dalam tubuh. Ginjal merupakan salah satu contoh organ yang mengatur keseimbangan asam-basa. Bagaimana cara ginjal mengatur keseimbangan asam-basa?
Istilah pH pertama kali diperkenalkan oleh Sorensen yang mendefinisikan pH sebagai logaritma negatif konsentrasi ion hidrogen (H+) 3. Konsentrasi ion hidrogen disebut dalam skala logaritma dengan satuan pH karena konsentrasi ion hidrogen normalnya adalah rendah dan karena jumlah yang kecil dan tidak praktis.
Ion hidrogen adalah proton tunggal bebas yang dilepaskan dari atom hidrogen. Molekul yang mengandung atom-atom hidrogen dan dapat melepaskan ion-ion hidrogen dalam larutan dikenal sebagai asam. Satu contoh adalah asam karbonat (H2CO3) yang berionisasi membentuk ion hidrogen (H+) dan ion bikarbonat (HCO3-).
Basa adalah ion atau molekul yang dapat menerima ion hidrogen. Sebagai contoh, ion bikarbonat adalah satu basa karena dapat bergabung dengan satu ion hidrogen untuk membentuk H2CO3. Demikian juga HPO4, adalah satu basa karena dapat menerima satu ion hidrogen untuk membentuk H2PO4. Protein-protein dalam tubuh juga berfungsi sebagai basa karena beberapa asam amino yang membangun protein dengan muatan akhir negatif siap menerima ion-ion hidrogen.
pH berhubungan dengan konsentrasi ion hidrogen yang sebenarnya melalui rumus berikut :
pH = - log (H+)
Konsentrasi ion hidrogen dinyatakan dalam ekuivalen perliter. Sebagai contoh normal konsentrasi ion hidrogen adalah 40 mEq/L. pH normal adalah :
pH = - log (0,00000004)
pH = 7,4
Nilai pH normal darah arteri adalah 7,4, sedangkan pH darah vena dan cairan interstisial sekitar 7,35 akibat jumlah ekstra karbon dioksida (CO2) yang dibebaskan jaringan unutk membentuk H2CO3 dalam cairan-cairan ini.
Karena pH normal darah arteri adalah 7,4, seseorang diperkirakan mengalami asidosis saat pH turun di bawah nilai ini dan mengalami alkalosis saat pH meningkat di atas 7,4.
Batas rendah pH dimana seseorang dapat hidup lebih dari beberapa jam adalah sekitar 6,8 dan batas atas adalah 8,0. pH intraseluler biasanya sedikit lebih rendah daripada pH plasma karena metabolisme sel menghasilkan asam, terutama H2CO3, bergantung pada jenis sel, pH cairan intraseluler diperkirakan berkisar antara 6,0 dan 7,4. pH urin dapat berkisar antara 4,5 sampai 8.0 bergantung pada status asam basa cairan ekstraseluler.
Seperti yang disebutkan di atas dan akan dibahas di bawah ini, ginjal melakukan koreksi abnormalitas konsentrasi ion hidrogen ekstraseluler dengan mengekskresi asam atau basa.
Ginjal mengontrol pH tubuh dengan mengontrol keseimbangan asam basa melalui pengeluaran urin yang asam atau basa. Pengeluaran urin asam akan mengurangi jumlah asam dalam cairan ekstraseluler, sedangkan pengeluaran urin basa berarti menghilangkan basa dari cairan ekstraseluler.
Keseluruhan mekanisme ekskresi urin asam atau basa oleh ginjal adalah sebagai sebagai berikut: Sejumlah besar ion bikarbonat disaring secara terus menerus ke dalam tubulus, dan bila ion bikarbonat diekskresikan ke dalam urin, keadaan ini menghilangkan basa dari darah. Sebaliknya, sejumlah besar ion hidrogen juga disekresikan ke dalam lumen tubulus oleh sel-sel epitel tubulus, jadi menghilangkan asam dari darah. Bila lebih banyak ion hidrogen yang disekresikan daripada ion bikarbonat yang disaring, akan terdapat kehilangan asam dari cairan ekstraseluler. Sebaliknya, bila lebih banyak bikarbonat yang disaring daripada hidrogen yang diekskresikan, akan terdapat kehilangan basa.
Pengaturan keseimbangan konsentrasi ion hidrogen ini dilakukan ginjal melalui tiga mekanisme dasar, yaitu :
1. SEKRESI ION HIDROGEN DI TUBULUS GINJAL
Sekresi ion hidrogen berlangsung di sel-sel epitel tubulus proksimal, segmen tebal asenden ansa henle, dan tubulus distal ke dalam cairan tubulus.
Proses sekresi dimulai ketika CO2 berdifusi ke dalam sel tubulus atau dibentuk melalui metabolisme sel di dalam epitel tubulus. CO2 akan berikatan dengan H2O membentuk H2CO3 melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim karbonik anhidrase. H2CO3 segera berdisosiasi membentuk H+ dan ion bikarbonat (HCO3-). HCO3- mengikuti gradien konsentrasi melalui membran basolateral akan pergi ke cairan intertisial ginjal dan ke aliran darah kapiler peritubular. Bersama dengan itu H+ akan disekresikan ke lumen tubular, tergantung daerah lumen, proses ini berlangsung melalui transport aktif primer pompa H-ATPase, transport aktif primer pompa H, K-ATPase, di tubulus distal dan kolligens, serta transport-imbangan Na/H di tubulus proksimal.
Sekresi ion hidrogen melalui transport-imbangan Na/H terjadi ketika natrium bergerak dari lumen tubulus ke bagian dalam sel, natrium mula-mula bergabung dengan protein pembawa di batas luminal membran sel; pada waktu yang bersamaan , ion hidrogen di bagian dalam sel bergabung dengan protein pembawa.
Natrium bergerak ke dalam sel melalui gradien konsentrasi yang telah dicapai oleh pompa natrium kalium ATP-ase di membran basolateral kemudian menyediakan energi untuk menggerakkan ion hidrogen dalam arah yang berlawanan dari dalam sel ke lumen tubulus.Jadi untuk setiap ion hidrogen yang disekresikan ke dalam lumen tubulus, satu ion bikarbonat masuk ke dalam darah.
2. REABSORBSI ION BIKARBONAT yang DISARING
Ion bikarbonat yang disaring akan direabsorbsi oleh ginjal untuk mencegah kehilangan kehilangan bikarbonat dalam urin.Sekitar 80-90 persen reabsorbsi bikarbonat (dan sekresi ion hidrogen) berlangsung di dalam tubulus proksimal sehingga hanya sejumlah kecil ion bikarbonat yang mengalir ke dalam tubulus distal dan duktus kolligens.
Ion-ion bikarbonat tidak mudah menembus membran luminal sel-sel tubulus ginjal, oleh karena itu, ion-ion bikarbonat yang disaring oleh glomerulus tidak dapat diabsorbsi secara langsung.
Ion bikarbonat yang disaring pada glomerulus akan bereaksi dengan ion hidrogen yang disekresikan oleh oleh sel-sel tubulus membentuk H2CO3 oleh kerja enzim karbonik anhidrase, yang kemudian berdisosiasi menjadi CO2 dan H2O. CO2 dapat bergerak dengan mudah memlewati membran tubulus, oleh karena itu CO2 segera berdifusi masuk ke dalam sel tubulus , tempat CO2 bergabung kembali dengan H2O , di bawah pengaruh enzim karbonik anhidrase, untuk menghasilkan molekul H2CO3 yang baru. H2CO3 ini kemudian berdisosiasi membentuk ion bikarbonat dan ion hidrogen, ion bikarbonat kemudian berdifusi melalui membran basolateral ke dalam cairan interstisial dan dibawa naik ke darah kapiler peritubular.
Efek bersih dari reaksi ini adalah reabsorbsi ion bikarbonat dari tubulus, walaupun ion-ion bikarbonat yang sebenarnya memasuki cairan ekstraseluler tidak sama dengan yang disaring ke dalam tubulus.
Gambar Mekanisme seluler untuk sekresi ion hidrogen, reabsorbsi ion bikarbonat mealui penggabungan dengan ion hidrogen untuk membentuk asam karbonat dan reabsorbsi natrium sebagai pertukaran untuk ion hidrogen yang disekresikan
3. PRODUKSI ION BIKARBONAT BARU
Bila ion-ion hidrogen disekresikan ke dalam kelebihan bikarbonat yang difiltrasi ke dalam cairan tubulus, hanya sebagian kecil dari kelebihan ion hidrogen ini yang dapat diekskresikan dalam bentuk ion hidrogen dalam urin. Alasan untuk ini adalah bahwa pH minimal urin adalah sekitar 4,5.
Bila terdapat kelebihan ion hidrogen dalam urin, ion hidrogen akan bergabung dengan penyangga selain bikarbonat dan ini akan menghasilkan pembentukan ion bikarbonat baru yang dapat masuk ke dalam darah, dengan demikian membantu mengganti ion bikarbonat yang hilang dari cairan ekstraseluler pada keadaan asidosis. Penyangga paling penting untuk mekanisme ini adalah penyangga phospat dan amonia.
A. EKSKRESI KELEBIHAN ION HIDROGEN dan PEMBENTUKAN BIKARBONAT BARU oleh SISTEM PENYANGGA PHOSPAT
Sistem penyangga phospat terdiri dari HPO4- dan H2PO4. Keduanya menjadi pekat di dalam cairan tubulus akibat reabsorbsinya yang realtif buruk dan akibat reabsorbsi air dari cairan tubulus.Oleh karena itu walaupun phospat sebenarnya bukan penyangga yang penting, phospat jauh lebih efektif sebagai penyangga dalam cairan tubulus.
Proses sekresi ion hidrogen ke dalam tubulus sama seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. Dimana selama terdapat kelebihan ion bikarbonat dalam cairan tubulus, kebanyakan ion hidrogen yang disekresikan akan bergabung dengan ion bikarbonat. Akan tetapi, sekali semau bikarbonat telah direabsorbsi dan tidak ada lagi yang tersisa untuk berikatan dengan ion hidrogen, setiap kelebihan ion hidrogen dapat bergabung dengan HPO4- dan penyangga tubulus lainnya. Setelah ion hidrogen bergabung dengan HPO4- untuk membentuk H2PO4 ion hidrogen dapat diekskresikan sebagai H2PO4 dan dapat diekskresikan sebagai garam natrium dalam bentuk NaH2PO4, dengan membawa serta kelebihan ion hidrogen.
Pada keadaan ini ion bikarbonat yang dihasilkan dan memasuki darah peritubular lebih menghasilkan peningkatan bikarbonat darah, daripada hanya penggantian bikarbonat yang disaring. Jadi, kapanpun ion hidrogen yang disekresikan ke dalam lumen tubulus
bergabung dengan penyangga selain bikarbonat (dalam hal ini phospat), hasil akhirnya
Gambar Ekskresi kelebihan ion hidrogen dalam bentuk H2PO4 dan pembentukan ion bikarbonat baru oleh penyangga phospat
Gambar Ekskresi kelebihan ion hidrogen dalam bentuk NaH2PO4 dan pembentukan ion bikarbonat baru oleh penyangga phospat
B. PEMBENTUKAN BIKARBONAT BARU oleh SISTEM PENYANGGA AMONIA
Sistem penyangga khusus kedua dalam cairan tubulus bahkan lebih penting secara kuantitatif daripada sistem penyangga phospat terdiri atas amonia (NH3) dan ion amonium (NH4+). Ion amonium disintesa dari glutamin, yang secara aktif ditransport ke dalam sel epitel tubulus proksimal, cabang tebal asenden ansa Henle, dan tubulus distal. Di dalam sel setiap molekul glutamin akan dimetabolisme untuk membentuk dua ion NH4+ dan dua ion HCO3. NH4+ kemudian disekresikan ke dalam lumen tubulus melalui mekanisme transport imbangan sebagai pertukaran dengan ion natrium, yang direabsorbsi .
HCO3- bergerak melawan membran basolateral bersaam denagn ion natrium yang direabsorbsi kedalam cairan interstisial dan diambil oleh cairan peritubular. Jadi untuk tiap molekul glutamin yang dimetabolisme di dalam tubulus proksimal, dua ion NH4+ disekresiakn dalam urin dan dua ion HCO3 dihasilkan sebagai ion bikarbonat baru.
Gambar Produksi dan sekresi ion NH4+ oleh sel tubulus proksimal serta produksi dan sekresi HCO3 ke dalam darah
Dalam tubulus kolligens, penambahan ion NH4+ ke cairan tubulus terjadi melalui mekanisme yng berbeda. Disini ion hidrogen disekresikan oleh oleh mebran tubulus ke dalam lumen, tempatnya bergabung dengan amonia (NH3) untuk membentuk ion amonium (NH4+ ), yang kemudian diekskresikan. Untuk setiap NH4+ yang diekskresikan, dihasilkan HCO3 yang baru dan ditambahkan ke darah.
Gambar Penyanggaan sekresi ion hidrogen oleh amonia dalam tubulus kolligens dengan membentuk NH4+ yang kemudian diekskresikan. Untuk setiap NH4+ yang diekskresikan dibentuk HCO3 baru di dalam sel tubulus dan dikembalikan ke dalam darah
IV. KOREKSI ASIDOSIS oleh GINJAL
Asidosis terjadi bila ketika rasio HCO3- dan CO2 dalam cairan ekstraseluler menurun, sehingga menyebabkan penurunan pH. Bila rasio ini menurun akibat penurunan HCO3- disebut asidosis metabolik. Bila pH turun akibat peningkatan pCO2, asidosis ini disebut asidosis respiratorik. Kedua kondisi ini menyebabkan penurunan rasio bikarbonat terhadap ion hidrogen dalam cairan tubulus ginjal. Pada asidosis metabolik, kelebihan ion hidrogen melebihi ion bikarbonat yang terjadi pada cairan tubulus secara primer adalah akibat penurunan filtrasi ion bikarbonat. Pada asidosis respiratorik, kelebihan ion hidrogen di dalam cairan tubulus terutama diakibatkan oleh peningkatan pCO2 cairan ekstraseluler, yang merangsang sekresi ion hidrogen.
Akibatnya terdapat kelebihan ion hidrogen di dalam tubulus ginjal, menyebabkan reabsorbsi ion bikarbonat yang menyeluruh dan masih meninggalkan ion-ion hidrogen tambahan yang tersedia untuk bergabung dengan ion-ion penyangga urin, NH4+ dan HPO4-. Jadi, pada asidosis ginjal mereabsorbsi semua bikarbonat yang disaring dan menyumbangkan bikarbonat yang baru melalui pembentukan NH4+ dan asam tertitrasi. Asam tertitrasi adalah sisa penyangga non bikarbonat, non NH4+ yang disekresikan ke dalam urin.
Koreksi pada asidosis respiratorik, dimana terjadi penurunan pH, peningkatan konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraseluler dan peningkatan pCO2, respon kompensasi adalah peningkatan peningkatan HCO3- plasma yang yang disebabkan oleh penambahan bikarboant baru ke dalam cairan ekstraseluler oleh ginjal. Peningkatan HCO3- membantu mengimbangi peningkatan pCO2, sehingga mengembalikan pH plasma kembali normal.
Koreksi pada asidosis metabolik, yang juga terjadi akibat penurunan pH dan peningkatan konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraseluler dimana gangguan utamanya adalah penurunan HCO3- plasma, kompensasi oleh ginjal dengan menambah bikarbonat baru ke dalam cairan ekstraseluler, membantu meminimalkan penurunan awal konsentrasi HCO3- ekstraseluler.
Pada asidosis kronik , terdapat peninggian produksi NH4+, yang selanjutnya berperan terhadap ekskresi ion hidrogen dan penambahan ion bikarbonat ke dalam cairan ekstraseluler. Peningkatan ekskresi ion hidrogen pada tubulus ini membantu mengeliminasi kelebihan ion hidrogen dari dari tubuh dan meningkatkan jumlah ion bikarbonat dalam cairan ekstraseluler. Hal ini meningkatkan bagian bikarbonat pada sistem penyangga bikarbonat., membantu meningkatkan pH ekstraseluler dan mengoreksi asidosis.
V. KOREKSI ALKALOSIS oleh GINJAL
Pada alkalosis, rasio HCO3- terhadap CO2 di dalam cairan ekstraseluler meningkat, menyebabkan peningkatan pada pH (penurunan konsentrasi ion hidrogen). Pada alkalosis respiratorik, terdapat peningkatan pH pada cairan ekstraseluler, penurunan konsentrasi hidrogen. Terjadi akibat penurunan pCO2 plasma yang disebabkan hiperventilasi. Pengurangan pCO2 menyebabkan penurunan kecepatan sekresi ion hidrogen oleh tubulus ginjal. Penurunan sekresi ion hidrogen mengurangi jumlah ion hidrogen dalam cairan tubulus ginjal. Akibatnya tidak cukup ion hidrogen untuk bereaksi dengan semua HCO3- yang disaring. Oleh karena itu, HCO3- yang tidak dapat bereaksi dengan ion hidrogen tidak direabsorbsi dan diekskresi . Hal ini menyebabkan penurunan konsentrasi HCO3- plasma. Jadi koreksi alkalosis respiratorik adalah pengurangan konsentrasi bikarbonat plasma, yang disebabkan peningkatan ekskresi bikarbonat oleh ginjal.
Pada alkalosis metabolik peningkatan pH pada cairan ekstraseluler, penurunan konsentrasi hidrogen terjadi akibat peningkatan konsentrasi ion bikarbonat cairan ekstraseluler. Kompensasi yang terjadi melalui ginjal adalah peningkatan konsentrasi dalam caiaran ekstraseluler menimbulkan peningkatan muatan bikarbonat yang difiltrasi yang kemudian menyebabkan kelebihan ion bikarbonat melebihi ion hidrogen yang disekresikan dalam cairan tubulus ginjal. Kelebihan ion bikarbonat di dalam cairan tubulus ginjal gagal untuk direabsorbsi karena tidak ada ion hidrogen yang bereaksi dengannya. Ion bikarbonat ini akhirnya akan diekskresikan dalam urin.
VI. KESIMPULAN
pH menggambarkan secara tepat konsentrasi dari ion hidrogen dalam tubuh sehingga dalam membahas homeostasis pH pada dasarnya kita akan membahas keseimbangan konsentrasi ion hidrogen dalam tubuh
Ginjal mengatur konsentrasi ion hidrogen dalam cairan tubuh untuk mencegah asidosis atau alkalosis dengan jalan mengekskresikan urin asam atau urin alkali, sehingga menyesuaikan kembali konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraseluler menuju normal selama asidosis dan alkalosis yang bereaksi lebih lambat
Pengaturan keseimbangan konsentrasi ion hidrogen ini dilakukan ginjal melalui tiga mekanisme dasar, yaitu : sekresi ion-ion hidrogen,reabsorbsi ion-ion bikarbonat yang disaring, produksi ion-ion bikarbonat yang baru
Pada asidosis, ginjal mereabsorbsi semua bikarbonat yang disaring dan menyumbangkan bikarbonat yang baru melalui pembentukan NH4+ dan asam tertitrasi
Pada alkalosis , kelebihan ion bikarbonat yang tidak direabsorbsi dari tubulus akan diekskresi melalui urin
DAFTAR KEPUSTAKAAN
Sumber : Dr. MUTIARA INDAH SARI, Fungsi Sistem Ginjal dalam HOMEOSTASIS pH