מבוגרים: (דם עורקי) – 21-28; (דם ורידי) – 23-29. בדם טבורי (עורקי) – 22.3±2.5; דם טבורי (ורידי) – 20.4±4.1. ביילודים ובתינוקות עד גיל 2 חודשים – 18-24 ; מגיל 2 חודשים עד גיל שנתיים – 16-23.

מטרת הבדיקה

מדידת ביקרבונאט מסייעת לעקוב אחר תקינות הפעילות של הכליות, מפגעי ריאות, ותרחישים מטבוליים שונים כמו יתר לחץ-דם. בדיקה זו בדרך כלל מהווה חלק מפרופיל מלא של בדיקות ביוכימיות של הדם. רמת ביקרבונאט ביחד עם אלה של אלקטרוליטים נוספים בדם חיונית לחישוב ה-anion gap. מדידת ביקרבונאט מתבצעת גם כחלק מבדיקת גזים בדם עורקי.

כאשר מתגלה אי-איזון במאזן בסיס-חומצה בדם, מדידת ביקרבונט כחלק מפרופיל אלקטרוליטים ומדידת גזים בדם, מתבקשת להעריך את חומרת המפגע, וכן לקבוע האם הוא נובע מבעיה נשימתית ראשונית, מהפרת היחס בין החמצן הנשאף לדו-תחמוצת הפחמן הננשף, או שמא מסיבה מטבולית חריגה ברמות ביקרבונאט בדם. ניטור רמות ביקרבונאט חיוני למעקב אחר אי האיזון בין "חומצה-בסיס" בדם עד לתיקון המאזן. מדידת ביקרבונאט חיונית במצבים של התייבשות או לחילופין מצבי בצקת והידרציה, בהם יש שיבוש במאזן האלקטרוליטים.

בסיס פזיולוגי

ביקרבונאט היא מולקולה בסיסית באופייה, ומשמשת מרכיב מרכזי במערכת בופר המבקרת את ה-pH בגוף תוך הקפדה על הומאוסטזיס של חומצה-בסיס. בין 70% ל-75% מדו-תחמוצת הפחמן בגוף מוסבים לחומצה פחמתית (H2CO3) שיכולה להיות מוסבת במהירות לביקרבונאט. עם חומצה פחמתית (carbonic acid) כמולקולה ביניים מרכזית, ביקרבונאט בשלוב עם מים, יוני מימן ודו-תחמוצת הפחמן, יוצרת את מערכת הבופר המונעת שינויים קיצוניים ב-pH בדם לכיוון החומצי או הבסיסי. הקפדה על pH מאוזן קריטית במיוחד לתאים במערכת העצבים המרכזית בהם חריגה מה-pH האופטימאלי היא הרת אסון.

הובלת הפחמן הדו-חמצני בדם

ההובלה מתרחשת ב- 3 מסלולים:

1. CO₂ מומס בדם. מידת המסיסות של CO₂-בדם גדולה פי 20 יותר ממסיסות החמצן (כ-10% מכל כמות ה-CO₂ מומסים בדם).

2. CO₂ קשור לחלבונים. כ-10% נוספים מכל כמות ה-CO₂ נקשרים להמוגלובין ויוצרים קומפלקס של Carboaminohemoglobin.

3. ביקרבונט – רוב ה CO₂ (כ-80%) מובל בצורת יון ביקרבונט, שנוצר כתוצאה מריאקציה של CO₂ עם מולקולת מים.

בתהליכים של הנשימה התאית, המתרחשים בכל תא ותא, נוצר פחמן דו-חמצני, והוא נמצא בלחץ חלקי גבוה לעומת הלחץ מחוץ לתאים. בגלל הפרשי לחץ אלה, CO₂, יוצא בדיפוזיה מתוך התאים לפלסמת הדם, ובאמצעות שלושת המסלולים שצוינו הוא מובל לריאות באמצעות הדם הוורידי ומשם אל מחוץ לגוף. בתהליכים אלה חמצן מובל מן הריאות דרך הנאדיות אל הנימים ומשם אל התאים, באמצעות הדם העורקי. הובלת החמצן והפחמן הדו- חמצני במערכת הדם, מתבצעת בעיקרה על ידי מולקולת ההמוגלובין. ואולם, לחמצן יש השפעה מכרעת על קשירת הפחמן הדו- חמצני למולקולת ההמוגלובין. תוצר הפסולת העיקרי של המטבוליזם הוא פחמן דו-חמצני.

הזיקה של CO₂ להמוגלובין עולה עם הירידה ב-pH. תוך יצירת יון הביקרבונט משתחררים לדם יוני מימן, ולכן יורדת רמת ה pH של הדם, מה שגורם לירידת הזיקה של ההמוגלובין לחמצן, ולהגברת הזיקה של ההמוגלובין ל-CO₂. כתוצאה מכך חמצן, המובל ברובו על ידי מולקולות ההמוגלובין, משתחרר מן המולקולות ועובר בדיפוזיה לתוך התאים ואילו CO₂ שיצא מן התאים נקשר להמוגלובין ומובל החוצה.

ביקרבונט פועל גם לווסת את ה-pH במעי הדק. ביקרבונט משתחרר מבלוטת הלבלב בתגובה להורמון secretin על מנת לנטרל את ה-chyme, המסה החומצית הנוזלית-למחצה של מזון מעוכל חלקית החומצי הנכנס לתריסריון מהקיבה.

כאמור, במערכת בופר זו CO₂ מתחברת עם מים ליצירת H₂CO₃ שעוברת דיסוסיאציה מהירה ליצירת יון מימן וביקרבונאט (-HCO₃), כאשר ריאקציה זו עוברת קטליזה על ידי האנזים carbonic anhydrase על פי הנוסחה:

כל חריגה במערכת זו תפוצה על ידי שינוי בשיווי המשקל הכימי בנוסחה האחרונה על פי עקרון Le Chatelier, כאשר לדוגמה, עם יש נטייה לעליית ה-pH בדם (academia), יתחברו יוני המימן העודפים עם ביקרבונאט ליצירת חומצה פחמתית, מה שיחליש במידה משמעותית את "החמצת" הדם. מערכת בופר זו הופכת להיות מווסתת עוד יותר עוצמתית של העלאת ה-pH של הדם, כאשר היא משולבת עם היכולת של הגוף ל"פיצוי נשימתי", בו חל שינוי בקצב הנשימה כדי לווסת את כמות ה-CO₂בדם. כך נשימה מוגברת תגביר איבוד CO₂ מן הגוף, מה שייטה את שיווי המשקל של ריאקציה זו שמאלה וימנע עליה רמת המימן, תהליך שיימשך עד לאיזון ה-pH בדם כאשר רמת יוני המימן תפחת. מערכת זו תפעל בכיוון הפוך בתרחישים חריגים בהם יש עודף CO₂ בדם, במצבים בהם גדלה הפרשת דו תחמוצת הפחמן בתהליכי נשימה תאיים.

משוואת Henderson-Hasselbach

ניתן להשתמש בגרסה מותאמת של נוסחה זו כדי לייחס את ה-pH של הדם למרכיבים של מערכת הבופר של ביקרבונאט:

בה pKaH₂CO₃ מבטא את קבוע הדיסוסיאציה של חומצה פחמתית (השווה ל-6.1). HCO₃ הוא הריכוז של ביקרבונאט בדם; HC₂O₃ הוא הריכוז של חומצה פחמתית בדם.

את ריכוז החומצה הפחמתית בדם ניתן לבטא בנוסחה:

בה H₂CO₃ מבטא את ריכוז חומצה פחמתית בדם; kHCO₂ הוא קבוע הכולל את מסיסות CO₂ בדם, שערכו המקורב הוא 0.03 מילימול' למ"מ כספית; pCO2 הוא הלחץ החלקי של דו תחמוצת הפחמן בדם.

שילוב של 2 נוסחאות אלה יכול להיות שימושי לייחוס ה-pH של הדם לריכוז הביקרבונאט והלחץ היחלקי של דו תחמוצת הפחמן:

בה pH מבטא את חומציות הדם, -HCO₃ מבטא את ריכוז ביקרבונאט בדם, ו- pCO₂ מבטא את הלחץ החלקי של דו תחמוצת הפחמן בדם.

סך רמת CO₂ בפלזמה מתוארת בנוסחה: HCO₃– + H₂CO₃ + (מסיס) T_CO2=CO₂

מדידת רמת ביקרבונאט נעשית כחלק ממדידת דו-תחמוצת הפחמן או מדידת גזים בדם עורקי. בתהליך הפיכת מזון המתפרק בגוף ליצירת לאנרגיה, חמצן נשאף מסייע לתהליך זה, בו CO2 שנוצר כחומר ביניים, נלכד בכדוריות הדם וחלקו מתמוסס בדם, ומגיב עם מים ליצירת חומצה פחמתית המוסבת לביקרבונאט. עודף ביקרבונאט בדם מורחק מהגוף על ידי הכליות לשתן. כאשר ה-pH בדם יורד במצבי חמצת, מתגברת הספיגה מחדש של ביקרבונאט באבוביות הכליה, כדי להחזירו לדם לוויסות ה-pH. למעשה, CO₂ נמצא בדם ב-3 צורות כימיות: 3% בצורת דו תחמוצת פחמן מסיסה, 33% ממנו מופיעה בצורת נגזרי carbamino קשורים לחבונים בפלזמה, ו-64% מופיעים בצורת ביקרבונאט. רק אחוז קטן ביותר של דו תחמוצת הפחמן מופיע כחומצה פחמתית (H₂CO₃), או כיוני קרבונאט -CO₃.

תפקיד הכליות בפיקוח על ביקרבונאט

במבוגרים הניזונים מדיאטה תקינה, נוצרים מדי יום 50-100 מילימול' של יוני מימן, וכדי למנוע חמצת מטבולית מופרשים יונים אלה בשתן. אך יוני מימן נוצרים גם בתאי הגוף ובאבויות הפרקסימאליות בכליה ובצינורות המאספים כתוצאה מיצירת חומצה פחמתית על ידי האנזים carbonic anhydrase, המתפרקת בהמשך ליצירת ביקרבונאט ו-⁺H.

תפקיד הכליות בשמירה על מאזן חומצה-בסיס מתרכז על יצירה של ביקרבונאט. יוני מימן מופרשים לתוך השתן בעוד שיוני ביקרבונאט חדשים שנוצרים עוברים מתאי האבוביות לדם באותו קצב בו ביקרבונאט נצרך על ידי תהליכים מטבוליים. הכליות מווסתות את רמת ביקרבונאט בשני מנגנונים: 1. שימור או הפרשה של ביקרבונאט הנמצא בתסנין הפקעתי (גלומרולארי); 2. יצירת ביקרבונאט חדש שנכנס לנוזלי הגוף על ידי הפרשת מלחי אמוניום על ידי הכליות, כמו גם חומצות בשתן.

שימור ביקרבונאט על ידי הכליות: כאשר ה-pH של השתן נמוך מ-6.0, ריכוז ביקרבונאט בשתן נמוך ביותר (פחות מ-0.1 מילימול' לליטר). לעומת זאת ריכוז ביקרבונאט בתסנין העל הפקעתי הוא 24 מילימול' לליטר. במצב זה רוב (כ-90%) מהביקרבונאט המסתנן בפקעיות הכליה (4,500 מילימול' ליום) נספג מחדש באבוביות הכליה.

הספיגה מחדש של ביקרבונאט באבובית הפרוקסימאלית

הפרשת ⁺H מתאי האבובית דרך הממברנה הלומינאלית, נעשית בעיקר מתוך חילופין עם יוני ⁺N_a, ובאופן חלקי על ידי אנזים מסוג proton ATPase. ה-⁺H המופרש מגיב עם ביקרבונאט ליצירת חומצה פחמתית, כאשר בנוכחות האנזים (carbonic anhydrase (type IV, חומצה פחמתית לומנאלית מאבדת במהירות מים ליצירת CO₂ + H₂O. תרופות המעכבות את האנזים carbonic anhydrase כגון acetazilamide, מפריעות לספיגה מחדש של סודיום ביקרבונאט באבוביות הפרוקסימאליות, ומשרות הפרשה אוסמוטית בשתן של ביקרבונאט.

בתוך תאי האבובית הדיסוסיאציה של מים ל–OH ול-⁺H מסתייעת על ידי הידרוקסילציה של CO2 ליצירת ביקרבונאט, ריאקציה המקוטלזת על ידי carbonic anhydrase type II מסיס: 

ביקרבונאט יוצא מהתאים דרך הממברנה הבאזו-לטראלית בעיקר כמלח N_aHCO₃, שנעלם מה-lumen, ומופיע בדם.

בקרה

ספיגה מחדש באבוביות הפרוקסימאליות של ביקרבונאט מסתייעת על ידי

(א) ירידה ב-pH של תאי האבובית כתוצאה מחמצת מטבולית, או מחמצת נשימתית או ירידת ברמת +K בתאים אלה. כאשר ה-pH התאי נמוך משופעל תהליך של שחלוף Na-H, וביטוי של קו-טרנספורטרים מסוג N_aHCO₃;

(ב) רמה גבוהה של angiotensin II מעודדת גם כן שחלוף N_aH.

ספיגה מחדש של ביקרבונאט דרך הצינורות המאספים המנקזים נפרונים רבים לאגן הכליה

(א) כמות הביקרבונאט הנספגת בצינורות המאספים קטנה בהרבה מזו הנספגת מחדש באבוביות הפרוקסימאליות;
(ב) ספיגה מחדש זו יכולה להגיע בקלות לריוויון על ידי הגדלה ברמת ביקרבונאט המסונן בכליה;
(ג) ספיגה מחדש זו יכולה להתרחש בתחום גדול יותר של הבדלי pH טרנסאפיתליאליים (4.5-7.4) בהשוואה לתחום הבדלי pH טרנסאפיתליאלי צר יותר (6.8-7.4) בספיגה מחדש באבוביות הפרוקסימאליות;
(ד) רוב הספיגה מחדש של ביקרבונאט בצינורות המאספים אינו מתווך על ידי carbonic anhydrase לומנאלי;
(ה) הפרשה של ⁺H היא בעיקרה בעזרת proton ATPase;
(ו) הטרנספורט הבאזו-לטראלי של ביקרבונאט נעשה בעיקר על משחלפי ^–Cl.

הספיגה מחדש של ביקרבונאט בצינורות המאספים נתמכת על ידי הגורמים הבאים:
(א) רמה גבוהה של ⁺H בתאים משפעלת את משאבות המימן בתאים (כפי שהדבר קורה במקרי חמצת או חסר ב-⁺K;
(ב) בחמצת נשימתית או מטבולית יותר משאבות מימן פעילות בממברנות של תאי אלפא של הצינורות המאספים, תאים הידועים כ-alpha-intercalated cells. תאי אלפא אחראיים להפרשת עודף חומצה ולספוג מחדש בסיס בצורת ביקרבונאט. תאי בתא (beta intercalated cells) לעומתם, אחראיים על הפרשת עודף בסיס וספיגה מחדש של חומצה;
(ג) רמת ⁺H נמוכה דהיינו נוזל טובולארי בסיסי יותר;
(ד) הגברה במטען השלילי של הנוזל הלומינארי באבוביות, דהינו כאשר גדלה הספיגה מחדש באבוביות של ⁺N_a בהשפעת אלדוסטרון, או כאשר גדל המטען של יונים נספגים מחדש באופן איטי יותר כמו ^–SO₄ או ^–PO₄;
(ה) כאשר אלדוסטרון פועל ישירות להגדיל את פעילות המשאבות המפרישות ⁺H בתאי אלפא בצינורות המאספים.

היחס בין ביקרבונאט והפרשת יוני אמוניום ⁺NH₄ בשתן

יצירת אמוניום בכליות : גלוטמין נכנס לאבוביות הפרוקסימליות מהדם הקפילארי הסב-אבובי וכן מתסנינים שחלפו דרך הפקעיות. בתוך תאי האבובית גלוטמין נכנס למיטוכונדריה שם הוא עובר דה-אמינציה ליצירת שתי מולקולות ⁺NH₄, ומולקולה אחת של אניון דו-ולנטי של אלפא-קטו-גלוטראט. אניון זה מתחמצן ל-

יון האמוניום מופרש לתוך ה-lumen, ואילו הביקרבונאט יוצא דרך קו-טרנספורטר באזו-לטראלי יחד עם ⁺N_a. על כל מולקולת ⁺NH₄ המופרשת, מולקולת ביקרבונאט אחת נכנסת לנוזל החוץ תאי.

בחמצת חריפה הגדלה בהפרשה כלייתית של ⁺NH₄ היא עקב מעבר של NH₃ מהדם הכלייתי הוורידי אל השתן הן כיוון שה-pH של השתן חומצי יותר, והן משום שיש הגברה במתן השתן. בנוסף, pH תוך-תאי חומצי משפעל את הטרנספורט של גלוטמין למיטוכונדריה, ומעודד דה-אמינציה וחמצון של אלפא-קטו-גלוטאראט הנוצר. בתרחיש של חמצת מטבולית כרונית, יש השראה של גלוטמינאזה ושל אנזימים אחרים המשתתפים בחמצון גלוטמין, מה שמאפשר לכמויות גדולות של אמוניום להיות מופרשות בכל דרגת חומציות של השתן, אפילו ב-pH 7.0.

הבופר העיקרי בשתן הוא פוספאט. ב-pH 7.4, בדומה למצב בתסנין הפקעתי, רק 20% מהפוספאט נמצא בצורת -H₂PO₄ ואילו 80% מהפוספאט נמצאים בצורת =HPO₄. באבוביות הפרוקסימאליות, הפרשת ⁺H מפחיתה בהדרגה את ה-pH ל-6.8, ומטטרת עד ל-50% מהפוספאט ב-lumen לצורת -H₂PO₄. ה-+N_a הלומנאלי נספג מחדש בתמורה ל-⁺H תאי, ומורחק ביחד עם -HCO₃ הנוצר בתאים, דרך הממברנה הבאזו-לטראלית, על כל פרוטון המופרש יש יצירה של מולקולה אחת של ביקרבונאט הנכנסת לצירקולציה ומסייעת לשחזר את היכולת ה"בופרית" של הגוף.

הפרשת ⁺H בצינורות המאספים בכליה דרך אנזימי proton ATPase לומנאליים, יכולה להביא להחמצה של השתן ל-pH הנמוך מ-6.0. ב-pH כזה הרוב המכריע של הפוספאט יוסב לצורת -H₂PO₄. לכן, מולקולת -HCO₃ אחת תיווצר על כל ⁺H מופרש, על ידי טיטרציה של הפוספאט מצורת המונו לצורה הדו-מימנית שלו, המופרשת. בופרים אחרים כמו קראטינין ו-β-hydroxybutyrate, תורמים אך מעט להפרשת חומצות על ידי טיטרציה, פרט למצב בו ה-pH של השתן יורד מתחת לסף של 5.0. סך הפרשת ⁺NH₄ וחומצות מינוס הפרשת ביקרבונאט, שווה לסך יצירת ביקרבונאט "חדש" שנוצר בכליות, על מנת לשמר את רזרבת הבופר בנוזלי הגוף.

תוצאות נמוכות של ביקרבונאט יכולות להתקבל בתרחישים הקליניים הבאים

מחלת Addison, שלשולים ממושכים, התייבשות, קטו-אצידוזיס סוכרתית, חמצת לקטית וחמצת מטבולית, מחלת כליות או כבד, בססת (אלקלוזיס) נשימתית מפוצה שיכולה להיגרם גם מנשימת יתר עמוקה ומהירה (hyperventilation), הרעלות של מתנול, אתילן גליקול או סליצילאט (כמו במינון יתר של אספירין). כן תתקבלנה תוצאות נמוכות של ביקרבונאט בצריכת יתר של אלכוהול, רעב ותת תזונה חמורה, כוויות חמורות, מצבי הלם, התקף לב קשה, סוכרת לא מאוזנת, יתר פעילות של בלוטת התריס.

תוצאות מוגברות של הביקרבונאט תתקבלנה בתרחישים הקליניים הבאים

בססת (אלקלוזיס) מטבולית, חמצת נשימתית מפוצה, קשיי נשימה כמו ב-COPD, בצקת ריאות, מחלת לב, תסמונת Cushing, תסמונת Conn, בהקאות ממושכות, מצבי התייבשות, לאחר עירוי מנת דם, אנורקסיה, יתר-אלדוסטרוניזם.

השפעת תרופות על רמת ביקרבונאט בדם

תרופות המעלות רמת ביקרבונאט: מורפין, ברביטוראטים, קורטיקוסטרואידים לטווח זמן ארוך, דיורטיקה (כגון תיאזידים, chlorthalidone ethacrynic acid ,forosemide ,metolazone), שימוש מוגזם בתכשירים משלשלים, תרופות מכילות ביקרבונאט דוגמת antacids.

 תרופות המפחיתות רמת ביקרבונאט בדם: אמוניום כלוריד, acetazolamide ,cholestyramine, ציקלוספורין, הרעלה עם אתילן גליקול, מתנול, paraldehyde ,phenformin, חומצה סליצילית (בנוסח של שימוש ממושך באספירין במינון גבוה).

הוראות לביצוע הבדיקה

ניתן להשתמש בנסיוב או בפלזמה הנלקחת במבחנת הפארין (פקק ירוק), אל אין להשתמש במבחנות עם נוגדי קרישה אחרים כ-EDTA או ציטראט, כיוון שחומרים אלה מפריעים לשיווי המשקל בין דו תחמוצת הפחמן באריתרוציטים ובפלזמה. הם עלולים גם להוריד את ה-pH של הפלזמה, ולהחיש את איבוד CO₂ לאוויר. גם דם מלא אינו ראוי לשימוש כיוון שה-CO₂ הקשור ל-heme, וכן CO₂ הקשור לחלבונים משתנה בתלות בהאטוקריט, ובדרגת הריוויון של ההמוגלובין בחמצן.

באופן אידיאלי יש לטפל בדגימת הדם באופן אנאירובי, כאשר הסרכוז נעשה בטמפרטורה של 37 מעלות, ולהקפיד על פקק סגור היטב. לאחר ההפרדה מהכדוריות, יש להקפיד שוב על אטימת המבחנה. בתנאים אלה סך רמת CO₂נשמרת יציבה מספר ימים בקירור. סרכוז בטמפרטורת החדר מפחית את רמת דו תחמוצת הפחמן הנמדדת ב-0.5 מילימול' לליטר, כתוצאה ממעבר דו תחמוצת הפחמן אל תוך האריתרוציטים כאשר ה-pH יורד כאשר הטמפרטורה יורדת מ-37 ל-25 מעלות. איבוד של דו-תחמוצת הפחמן מדגימות בהן אין פקיקה הרמטית של המבחנות, היא בסדר גודל של 4 מילימול' לליטר לאחר שעה אחת. ניתן למנוע איבוד CO₂ על ידי העלאת ה-pH לתחום של 9.0-9.3, על ידי הוספה של NH₄OH. הוספת שמן ליצירת שכבה עליונה למניעת "בריחת" דו-תחמוצת הפחמן שנוסתה בעבר, אינה אמינה שכן CO₂ מסיס גם בשמן.