Biokimia Urine

Kerja Ginjal

Ginjal adalah organ yang mendapat aliran darah sangat baik. Setiaphari mengalir ±1500 L darah melalui ginjal dan difiltrasi menjadi 150 L urine primer. Melalui penyerapan balik air, volume urin primer sangat dikurangi, sehingga setiap hari hanya diekskresikan sejumlah ± 0,5 – 2,0 L sebagai urin akhir.

Fungsi utama ginjal adalah ekskresi air dan substansi yang larut dalam air (1). Berkaitan erat dengan fungsi ekskresi ginjal adalah fungsi regulasi keseimbangan elektrolit dan asam pada organisme (2. homeostasis). Ekskresi dan homeostatis berada di bawah kontrol hormon; selain itu ginjal berperan pada pembentukan beberapa hormon(3). Ginjal mengambil alih fungsi metabolisme intermedier (4), terutama pada pemecahan asam amino dan pada glukoneogenesis.

Pembentukan Urine

Satuan fungsional ginjal adalah nefron. Pada manusia terdapat kurang lebih satu juta satuan nefron. Di dalam nefron berlangsung pembentukan urin melalui tiga fase :

Ultrafiltrasi : di dalam glomerulus dihasilkan urine primer melalui ultrafiltrasi plasma. Urin primer merupakan cairan isotonik terhadap plasma. Pori-pori yang dilalui oleh plasma, mempunyai garis tengah efektif rata-rata sekitar 2,9 nm. Hal ini memungkinkan seluruh komponen plasma dengan berat molekul hingga kira-kira 5 kDa dapat melalui pori-pori tanpa hambatan. Dengan bertambahnya berat molekul, molekul akan ditahan, tetapi pertama-tama molekul dengan suatu M > 65 kDa tidak dapat lagi masuk ke dalam urin primer. Kaena protein darah secara umum mempunyai suatu M > 54 kDa, maka protein-protein darah hanya terdapat dalam jumlah yang sangat sedikit di dalam urin.

Penyerapan balik : melalui penarikan air, urin primer dipekatkan secara kuat (menjadi ± 1/100volume yang masuk) di dalam tubulus proksimal dan distal. Bersamaan dengan itu, komponen bermolekul rendah juga diserap kembali melalui transpor aktif, terutama glukosa, asam amino dan ion-ion organik dan organik. Untuk mendapatkan kembali asam amino, terdapat beberapa sistem transpor yang spesifik untuk gugus-gugus tertentu. Dikenal penyakit-penyakit genetik yang berhubungan dengan gangguan sistem transpor tersebut (misalnya sistinuria, glisinuria dan sindrom Hartnup).

Sekresi : beberapa bahan-bahan yang harus dilepaskan, diberikan kembali ke dalam urine melalui transpor aktif di dalam saluran-saluran ginjal. Yang termasuk bahan-bahan ini adalah ion hidrogen dan kalium, asam urat dan kreatinin, tetapi juga obat-obatan seperti penisilin.

Urin

Bersama-sama dengan urin diekskresikan juga air dan senyawa-senyawa yang larut dalam air. Jumlah dan komposisi urin sangat berubah-ubah tergantung pemasukan bahan makanan, berat badan usia, jenis kelamin dan lingkungan hidup seperti temperatur, kelembaban, aktivitas tubuh dan keadaan kesehatan. Karena ekskresi urin menunjukkan irama siang dan malam yang jelas, maka jumlah urin dan komposisinya kebanyakan dihubungkan dengan waktu 24 jam.

Seorang dewasa memproduksi 0,5 – 2,0 L urin setiap hari, yang terdiri atas ± 90 % air. Urin mempunyai satu nilai pH yang asam (kira-kira 5,8). Nilai pH urin sangat dipengaruhi oleh keadaan metabolisme. Setelah makan sejumlah besar bahan makanan dari tumbuh-tumbuhan, nilai pH urin dapat meningkat hingga diatas 7.

Komponen Organik

Yang menarik perhatian pada ekskresi komponen organik adalah senyawa yang mengandung nitrogen. Urea, yang disintesis dalam hati adalah bentuk ekskresi nitrogen yang berasal dari protein dan asam amino. Konsentrasinya mencerminkan metabolisme protein.; 70 g protein menyebabkan pembentukan kira-kira 30 g urea. Asam urat adalah produk akhir dari metabolisme purin.. kreatinin, yang dibentuk dari keatin melalui siklisasi spontan dan ireversibel, berasal dari metabolisme otot. Karena jumlah kreatinin yang dikeluarkan setiap hari setiap individu adalah konstan, berbanding langsung dengan massa otot. Kreatinin dapat digunakan sebagai ukuran kuantitatif untuk komponen-komponen urin lainnya. Jumlah asam amino yang dikeluarkan secara bebas sangat tergantung dari makanan dan kemampuan kerja hati. Derivat asama amino juga muncul dalam urin (misalnya hipurat). Asam amino dimodifikasi, yang terdapat pada protein-protein khusus misalnya  hidroksiprolin dalam kolagen atau 3-metilhistidin di dalam aktin dan miosin, dapat berfungsi sebagai indikator dari pemecahan protein-protein ini.

Konjugat dengan asam belerang asam glukuronat, glisin dan senyawa-senyawa polar lainnya, yang terbentuk di dalam hati melalui biotransformasi adalah komponen lainnya dari urin. Metabolit dari banyak hormon (katekolamin, steroid, serotonin) muncul juga dalam urin dan memberi informasi mengenai produksi hormon. Suatu proteohormon, yaitu  koriogonadotropin (hCG; M kira-kira 37 kDa) yang terbentuk pada awal kehamilan dan masuk ke dalam darah, terdapat dalam urin karena ukurannya yang kecil. Hal ini dipakai sebagai prinsip dasar suatu  pemeriksaan kehamilan secara imunologik.

Warna kuning urin disebabkan oleh  urokrom yaitu famili zat empedu yang terbentuk pada pemecahan hemoglobin. Bila dibiarkan dalam udara terbuka, urokrom dapat teroksidasi, sehingga urin dapat menjadi berwarna kuning tua.

Komponen anorganik

 Di dalam urin terdapat kation Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, dan NH₄⁺, demikian juga anion Cl^-, SO₄^2- dan HPO₄^2-, selain  ion –ion lainnya dalam jumlah kecil. Jumlah komponen anorganik ditentukan oleh komposisi bahan makanan.pada keadaan asidosis, ekskresi amoniak dapat sangat meningkat. Ekskresi dari banyak ion-ion berada dibawah kontrol hormon.

Asam & Basa

Asam adalah asam asetat yang memberikan ion hidrogen (proton). Sedangkan basa adalah senyawa yang dapat menerima proton. Air memperkuat sifat asam atau basa dari bahan-bahan yang terlarut karena air dapat berfungsi sebagai asam atau basa, contohnya : HCl            H⁺ + CL^-

  NH₃                  NH₄⁺ + OH^-

Pada reaksi asam basa yang berperan adalah pasangan dari asam dan basa terkonjugasinya. Makin kuat asam atau basa, maka masin lemah asam atau basa terkonjugasinya.

pH dan pK_a

Pelepasan proton oleh suatu asam (disosiasinya dapat digambarkan dengan persamaan HB        H⁺ + B^-. konstanta keseimbangan K_a disebut juga konstanta asam. Dari definisi K_a diperoleh hasil, bahwa perbandingan [HB]/[B^-] dari konsentrasi [H⁺] adalah proporsional. Setiap konsentrasi H⁺ yang diberikan menimbulkan suatu perbandingan konsentrasi yang terdefinisi dari asam basa terkonjugasi. Hubungan ini ditampilkan pada diagram yang disebut kurva titrasi.

Sebagai tanda pengenal konsentrasi H⁺ dalam larutan cair dituliskan logaritma negatifnya yaitu nilai pH. Misalnya konsentrasi H⁺ sebesar 1.10^-4 mol . 1^-1 sebanding dengan nilai pH = 4. air murni pada suhu 25 ⁰ C mempunyai pH 7. nilai K_a dapat dibaca dari kurva titrasi, dari rumus diatas maka [H⁺] = K_a ketika [HB] = [B^-] contoh pada titik balik kurva titrasi. Pada skala pH diperoleh logaritma negatif dari K_a yaitu nilai pK_a asam. Makin kuat asam, maka makin rendah nilai pK_anya.

Nilai pH pada organisme

Nilai pH dalam sel dan cairan ekstraselular dijaga agar selalu konstan dalam batas tertentu. Di dalam darah, nilai pH biasanya berubah-ubah antara  7,35 – 7,45. hal ini sesuai dengan perubahan maksimun Konsentarasi H⁺ sekitar 30 %. Nilai pH sitoplasma adalah7,0 – 7,3, sedikit lebih rendah dari nilai pH darah. Di dalam lisosom, konsentrasi H⁺ lebih tinggi beberapa ratus kali dibandingkan dalam sitoplasma.

Dalam lumen saluran pencernaan yang pada organisme menunjukkan suatu bagian dunia luar dan di dalam hasil ekskresi tubuh, nilai pHnya bervariasi. Nilai yang ekstrim dijumpai dalam lambung (sekitar2) dan dalam usus halus (>8). Karena ginjal bisa mengeluarkan asam atau basa, nilai pH urin berubah-ubah sangat besar (antara     4,8–7,5).

Bufer

Perubahan nilai pH dalam waktu singkat pada organisme dicegah oleh sistem bufer. Sistem bufer adalah campuran asam lemah (HB) dengan basa terkonyugasi (B^-) atau basa lemah dengan asam terkonyugasinya. Sistem demikian dapat membuat baik ion-ion hidronium maupun ion-ion hidroksil ternetralisir. Pada ion hidronium basa (B^-) mengikat satu proton dan terbentuk asam tidak terdisposiasi dan air. Ion-ion hidroksil bereaksi dengan HB menjadi (B^-) dan air. Pada kedua kejadian tersebut, yang paluing utama adalah pergeseran perbandingan [HB]/[B^-], sedangkan nilai pH berubah sedikit saja. Pada kurva titrasi dapat dikenali, bahwa yang paling berpengaruh adalah sistem bufer dengan nilai pH yang sesuai dengan nilai pK_a asam. Pada keadaan ini kurva tampak paling terjal, karena itu perubahan pH (Δ pH) pada penambahan asam atau basa dengan jumlah tertentu yang terkecil. Dengan kata lain kapasitas bufer mencapai  nilai tertinggi pada sistem dengan nilai pK_a.

Sistem Bufer Fisiologik

Sejumlah  sistem bufer turut menentukan kapasitas bufer dari cairan tubuh dan ruang intraseluler. Sistem bufer dapat dibagi menjadi sistem molekuler tinggi dan sistem molekuler rendah. Sistem molekuler tinggi terutama terbentuk dari  dari ranati samping protein dengan sifat asam atau basa. Nilai pK_a asam atau basa yang terikat  pada protein tidak konstan, melainkan tergantung dari daerah  sekeliling rantai tersebut dalam protein. Karena itu hampir pada keseluruhan daerah pH, protein mempunyai fungsi bufer. Pada nilai pH fisiologik, yang penting adalah terutama cincin imidazol residu histidin, selain itu juga beberapa gugus karboksil dan amino dapat membantu kerja protein sebagai bufer.

Sistem bufer molekuler rendah dari darah yang terpenting dibentuk dari karbondioksida (CO₂), air dan hidrogen karbonat (HCO₃^-). Nilai pK_a nya (6,3) terletak tidak langsung berdekatan dengan nilai pH plasma. Walaupun CO₂ dapat dikeluarkan dari pernafasan melalui paru-paru, namun sistem CO₂/ HCO₃ tetap sangat efisien. Sistem bufer lainnya di dalam darah terdiri atas dihidrogenfosfat (H₂PO₄^-) dan hidrogenfosfat (HPO₄^-). Sistem ini mempunyai nilai pK_a yang paling menguntungkan sebesar 7,2. sistem bufer yang terpenting dari urin tersusun sari ion amonium (NH₄⁺) dan amoniak (NH₃). Amoniak yang merupakan basa relatif kuat dapat dibentuk di dalam ginjal dari asam-asam amino. Dengan cara ini, organisme mempunyai kemampuan menetralisir asam bahkan juga dalam jumlah yang cukup besar.

Asidosis Metabolik Dan Alkalosis Metabolik 

Penyebah umum asidosis metabolik sebagai berikut:

1)      kegagalan ginjal untuk mengekskresikan asam metabolik yang normalnya dalam tubuh.

2)      pembentukan asam metabolik yang berlebihan dalam tubuh.

3)      Penambahan asam metabolik ke dalam tubuh melalui makanan atau infus asam.

4)      Kehilangan basa dari cairan tubuh.

Kondisi khusus yangmenyebabkan asidosis metabolik  adalah sebagai berikut :

Asidosis tubulus Ginjal. Jenis asidosis ini adalah akibat dari gangguan ekskresi ion hidrogen atau reabsorpsi bikarbonat oleh ginjal, atau keduanya. Kelainan ini mencakup 2 tipe :

1.           gangguan reabsorpsi bikarbonat tubulus ginjal, menyebabkan hilangnya bikarbonat dalam urin, atau

2.           ketidakmampuan mekanisme sekresi hidrogen tubulus ginjal untuk mencapai keasamas urin yang alkalis. Pada keadaaan ini, diekskresikan asam tertitrasi dan NH₄⁺ yang tidak adekuat, sehingga terdapat pengumpulan asam dalam cairan tubuh.

Diare. Diare berat mungkin merupakan penyebab asidosis metabolik yang paling sering.penyebab asidosis ini adalah hilangnya sejumlah besar natrium bikarbonat ke dalam feses. Sekresi gastrointestinal secara normal mengandung sejumlah besar bikarbonat, dan diare menyebabkan hilangnya ion bikarbonat ini dari tubuh, memberi seperti hilangnya sejumlah beasr bikarbonat dalam urin. Bentuk asidosis metabolik ini berlangsung berat  dan dapat menyebabkan kematian terutama pada anak-anak.

Muntah. Memuntahkan isi lambung sendiri akan menyebabkan hilangnya asam dan kecenderungan ke arah alkalosis karena sekresi lambung sangat bersifat asam. Akan tetapi, memuntahkan sejumlah besar isi dari bagian traktus gastrointestinal yang lebih lanjut, yang seringkali terjadi, menyebabkan hilangnya bikarbonat dan menimbulkan asidosis metabolik dalam cara yang sama seperti diare menimbulkan asidosis.

Diabetes melitus. DM disebabkan oleh tidak adanya dekresi insulin oleh pankreas, yang kemudian menghambat penggunaan normal glukosa dalam metabolisme. Sebaliknya, beberapa lemak dipecahkan menjadi asam asetoasetat, dan asam ini dimetabolisme oleh jaringan untuk menghasilkan energi menggantikan glukosa. Pada diabetes melitus berat, kadar asam asetoasetat darah dapat meningkat sangat tinggi, sehingga menyebabkan asidosis metabolik yang berat. Dalam usaha untuk mengkompensasi asidosis ini, sejumlah besar asam diekskresikan dalam urin, seringkali sebanyak 500 mmol hari.

Penyerapan asam. Jarang sekali sejumlah besar asam diserap dari makanan normal. Akan tetapi, asidosis metabolik yang berat kadang-kadang dapat disebabkan oleh keracunan seperti akibat penyerapan racun asam tertentu. Beberapa racun tersebut antara lain asetilsalisilat (aspirin) dan metil alkohol (yang saat dimetabolisme membentuk asam format).

Gagal Ginjal Kronis.  Saat fungsi ginjal sangat menurun, terdapat pembentukan anion dari asam lemah dalam cairan tubuh yang tidak diekskresikan oleh ginjal. Selain itu, penurunan laju filtrasi glomerulus mengurangi ekskresi fosfat dan NH₄⁺_, yang mengurangi jumlah bikarbonat yang ditambahkan kembali ke dalam cairan tubuh. Jadi, gagal ginjal kronis dapat dihubungkan dengan asidosis metabolik berat.

Alkalosis metabolik.

Bila terdapat retensi bikarbonat yang berlebihan atau hilangnya ion hidrogen dari dalam tubuh, keadaan ini menyebabkan alkalosis metabolik. Alkalosis metabolik tidak begitu umum seperti asidosis metabolik adalah sebagai berikut:

Alkalosis yang disebabkan oleh pemberian diuretika.  Semua diuretika mneyebabkanpeningkatan aliran cairan di sepanjang tubulus, biasanya menyebabkan peningkatan aliran dalam tubulus distal dan tubulus koligentes. Keadaan ini kemudian menimbulkan peningkatan reabsorpsi ion-ion natrium dari bagian nefron ini.  Karena reabsorpsi natrium disini berpasangan dengan sekresi ion hidrogen, peningkatan reabsorpsi natrium juga menimbulkan peningkatan sekresi ion hidrogen dan peningkatan reabsorpsi bikarbonat. Perubahan ini kemudian menyebabkan terbentuknya alkalosis, yang ditandai dengan peningkatan konsentrasi bikarbonat cairan ekstraselular.

Kelebihan aldosteron menyebabkan alkalosis metabolik.  Bila sejumlah besar aldosteron disekresikan oleh kelenjar adrenal, terbentuk alkalosis metabolik ringan. aldosteron  meningkatkan reabsorpsi ion natrium dalam jumlah banyak dari tubulus distal dan tubulus koligentes, dan pada waktu yang bersamaan merangsang sekresi ion hidrogen oleh sel-sel intercalated pada tubulus koligentes. Peningkatan sekresi ion hidrogen ini menimbulkan peningkatan ekskresi ion hidrogen oleh ginjal dan karena itu menimbulkan alkalosis metabolik.

Memuntahkan isi lambung menyebabkan alkalosis metabolik.  Memuntahkan isi lambung tanpa memuntahkan isi traktus gastrointestinal yang lebih rendah, menyebabkan hilangnya HCl yagn disekresikan oleh mukosa lambung. Hasil akhirnya adalah hilangnya asam dari cairan ekstraselular dan terbentuknya alkalosis metabolik. Tipe alkalosis ini terjadi pada neonatus yang menderita obstruksi pilorus akibat hipertrofi otot sfingter pilorus.

Alkalosis metabolik yang disebabkan oleh penyerapan obat alkalin. Penyebab umum dari alkalosis metabolik adalah penyerapan obat alkalin, seperti natrium bikarbonat, untuk pengobatan gastritis atau ulkus peptik.

Pengukuran Klinis Dan Analisis Kelainan Asam-Basa

            Terapi yang sesuai untuk gangguan asam-basa membutuhkan diagnosis yang tepat. Untuk gangguan asam-basa sederhana, seseorang dapat membuat diagnosis dari analisis terhadap tiga pengukuran dari suatu contoh darah arterial : pH, konsentrasi bikarbonat plasma, dan Pco₂.

Diagnosis gangguan asam-basa sederhana meliputi beberapa langkah. Dengan memeriksa pH, seseorang dapat menentukan apakah gangguan bersifat asidosis atau alkalosis. Nilai pH < 7,4 menunjukkan asidosis, sedangkan pH > 7,4 menunjukkan alkalosis.

Langkah kedua adalah memeriksa Pco₂ plasma dan konsentrasi bikarbonat. nilai normal untuk Pco₂  adalah 40 mmHg dan untuk bikarbonat, 24mEq/liter. Bila gangguan sudah ditandai sebagai asidosis dan Pco₂ plasma menigkat, kemudian harus terdapat komponen respiratorik terhadap asidosis. setelah kompensasi ginjal, konsentrasi bikarbonat plasma pada asidosis respiratorik akan cenderung meningkat diataas normal. Oleh karena itum nilai yang diharapkan untuk asidosis respiratorik sederhana adalah penurunan ph plasma, peningkatan Pco₂, dan peningaktan konsentrasi bikarbonat plasma setelah kompensasi ginjal sebagian.

            Untuk asidosis metabolik, akan terdapat juga penurunan pH plasma. Akan tetapi, apa asiosis metabolik, gangguan utama adalah penurunan konsentrasi bikarbonat plasma. Oleh karena itu, bila pH yang rendah dikaitkan dengan konsentrasi bikarbonat yang rendah, harus ada komponen metabolik sederhana, Pco₂ berkurang akibat kompensasi respiratorik dimana Pco₂ meningkat. Oleh karena itu, pada asidosis metabolik, seseorang dapat mengharapkan nilai pH yang rendah, dan penurunan Pco₂ setelah kompensasi respiratorik sebagian.

            Untuk asidosis metabolik akan terdapat penurunan pH plasma akan tetapi gangguan utamanya adalah penurunan konsentrasi bikarbonat plasma. Karena itu bila pH yang rendah dikaitkan dengan konsentrasi bikarbonat yang rendah harus ada komponen metabolik terhadap asidosis.  Pada asidosis metabolik sederhana Pco₂, berkurang akibat kompensasi respiratorik sebagian, yang terjadi sebaliknya pada asidosis respiratorik dimana Pco₂ meningkat, maka dari itu pada asidosis metabolik seseorang dapat mengharapkan nilai pH yang rendah, konsentrasi bikarbonat plasma yang rendah dan penurunan Pco₂ setelah kompensasi respiratorik sebagian.

            Prosedur untuk mengelompokkan jenis-jenis alkalosis meliputi langkah-langkah dasar yang sama : Alkalosis secara tidak langsung menyatakan bahwa terdapat peningkatan pH plasma. Bila peningkatan pH berkaitan dengan penurunan Pco₂ kemudian harus terdapat komponen respiratorik terhadap alkalosis. Sebaliknya bila peningkatan pH berhubungan dengan peningkatan HCO₃^- harus terdapat komponen metabolik terhadap alkalosis. Oleh karena itu pada alkalosis respiratorik sederhana, kita berharap akan menemukan nilai plasma yang relatif normal : peningkatan pH, penurunan Pco₂, dan penurunan konsentrasi HCO₃^- plasma. Pada alkalosis metabolik sederhana kita berharap akan menemukan peningkatan pH, peningkatan HCO₃^- plasma, peningkatan Pco₂.

Gangguan asam-basa kompleks dan penggunaan nomogram asam-basa untuk diagnosis.

            Pada beberapa keadaan gangguan asam basa tidak disertai oleh respons kompensasi yang memadai. Ketika keadaan ini terjadi, gangguanitu disebut gangguan asam basa campuran. Ini berarti bahwa ada dua penyebab dasar atau lebih terhadap gangguan asam-basa. Sebagai contoh, seorang penderita dengan pH yang rendah  akan dikelompokkan sebagai asidosis. Bila gangguan diperantarai secara metabolik, keadaan ini akan disertai dengan konsentrasi bikarbonat plasma yang rendah dan setelah kompensasi respiratorik yang memadai, terdapat Pco₂ yang rendah. Akan tetapi, bila pH plasma rendah dan konsentrasi bikarbonat rendah berhubungan dengan peningkatan Pco₂ kita akan menduga bahwa mungkin terdapat juga komponen respiratorik terhadap asidosis seperti juga komponen metabolik. Oleh karena itu gangguan ini akan dikelompokkan sebagai asidosis campuran. Keadaan ini dapat terjadi, sebagai contoh, pada seorang pendrita dengan kehilangan bikarbonat yang akut dari traktus gastrointestinal akibat diare yang juga menderita empisema dan asidosis respiratorik yang mendasar selain asidosis metabolik yang disebabkan oleh diare.

            Suatu cara yang baik untuk mendiagnosis gangguan asam basa adalah dengan menggunakan nomogram asam basa. Diagram ini dapat digunakan untuk menentukan jenis asidosis atau alkalosis yang diderita seseorang demikian juga dengan keparahannya. Pada diagram asam basa ini, pH, konsentrasi bikarbonat, dan nilai Pco₂ saling memotong sesuai dengan persamaan Handerson Hasselbalch. Lingkaran terbuka ditengah menunjukkan nilai normal dan penyimpangan yang masih dapat dipertimbangkan dalam kisaran normal. Daerah yang berbayang menunjukkan 95 % batas kepercayaan untuk kompensasi normal bagi gangguan metabolik dan respiratorik sederhana.

            Ketika menggunakan diagram ini, kita harus menganggap bahwa kita terlalu melewati cukup waktu agar timbul respon kompensasi yang lengkap yaitu 6 – 12 jam untuk kompensasi ventilasi pada gangguan metabolik primer dan 3 – 5 hari untuk kompensasi metabolik bagi gangguan respiratorik primer. Bila nilai berada dalam daerah terbayang, hal ini menyatakan bahwa ada gangguan asam basa yang sederhana. Sebaliknya, bila nilai pH, bikarbonat atau Pco₂ terletak diluar daerah berbayang, hal ini menyatakan bahwa mungkin ada gangguan asam basa campuran.

            Penting untuk mengenali bahwa penemuan nilai asam basa dalam daerah berbayang tidak selalu berarti ada gangguan asam-basa sederhana. Dengan mengingat pernyataan diatas, diagram asam basa dapat digunakan seabgai alat yang cepat untuk menentukan tipe spesifik dan keparahan suatu gangguan asam basa. Sebagai contoh, anggaplah bahwa plasma arterial seorang penderita menghasilkan nilai sebagai berikut : pH 7,3, konsentrasi bikarbonat plasma 12 mEq/liter, dan Pco₂ plasma 25 mmHg. Dengan nilai ini, kita dapat melihat pada diagram dan menemukan bahwa keadaan ini mewakili suatu asidosis metabolik sederhana dengan kompensasi respiratorik yang sesuai yang mengurangi Pco₂ dari nilai normalnya 40 mm Hg menjadi 25 mm Hg.

            Contoh kedua, yaitu seorang penderita dengan nilai berikut ini pH 7,15, konsentrasi bikarbonat plasma 17 mEq/liter, dan Pco₂ plasma 50 mmHg. Pada contoh ini penderita mengalami asidosis, dan tampak ada komponen metabolik karena konsentrasi bikarbonat plasma lebih rendah dari nilai normal 24 mEq/liter. Akan tetapi, kompensasi respiratorik yang secara normal akan mengurangi Pco₂ tidak ditemukan, dan Pco₂ sedikit meningkat diatas nilai normal 40 mm Hg. Hal ini bersifat konsisten pada gangguan asam-basa campuran dengan asidosis metabolik demikian juga komponen respiratorik terhadap asidosis.

            Diagram asam basa bertindak sebagai alat cepat untuk menilai tipe dan keparahan gangguan yang mungkin berperan terhadap kelainan pH, Pco₂, dan konsentrasi bikarbonat plasma. Pada perawatan klinis, riwayat seorang penderita dan pemeriksaan fisik menyangkut penyebab dan pengobatan ganguan asam basa.

Kompensasi Ginjal

            Ginjal mengontrol keseimbangan asam basa dengan mengeluarkan urin yang asam atau yang basa. Pengeluaran urin asam akan mengurangi jumlah asam dalam cairan ekstraselular, sedangkan pengeluaran urin basa berarti menghilangkan basa dari cairan ekstraselular.

Keseluruhan mekanisme ekskresi urin asam atau basa oleh ginjal adalah sebagai berikut : sejumlah besar ion bikarbonat disaring secara terus menerus kedalam tubulus, dan bila ion bikarbonat diekskresikan kedalam urin keadaan ini menghilangkan basa dari darah. Sebaliknay sejumlah besar ion hidrogen juga disekresikan kedalam lumen tubulus oleh 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 ekstraselular, sebaliknya bila lebih banyak bikarbonat yang disaring daripada hidrogen yang disekresikan akan terdapat kehilangan basa.

            Setiap hari tubuh menghasilkan sekitar 80 mEq asam yang tidak menguap terutama dari metabolisme protein. Asam-asam itu disebut tidak menguap karena mereka bukan H₂CO₃ karena itu tidak dapat diekskresikan oleh paru-paru. Mekanisme primer untuk menghilangkan asam-asam ini dari tubuh adalah melalui ekskresi ginjal. Ginjal juga harus mencegah kehilangan bikarbonat dalam urin, suatu tugas yang secara kuantitaif lebih penting daripada ekskresi  asam-asam yang tidak menguap. Setiap hari ginjal menyaring 4320 mEq bikarbonat (180/hari x 24 mEq/Liter). Dan dalam kondisi normal, hampir semuanya direabsorpsi dari tubulus, sehingga mempertahankan sistem penyangga utama cairan ekstraselular.

            Reabsorpsi bikarbonat dan ekskresi ion hidrogen keduanya dicapai melalui proses sekresi ion hidrogen oleh tubulus. Karena ion bikarbonat harus bereaksi dengan satu ion hidrogen yang disekresikan untuk membentuk H₂CO₃ sebelum dapat direabsorpsi, 4320 mEq ion hidrogen harus disekresikan setiap hari hanya untuk mereabsorpsi bikarbonat yang disaring. Kemudian penambahan 80 mEq ion hidrogen harus disekresikan harus disekresikan untuk menghilangkan asam-asam yang tidak menguap yang diproduksi setiap hari sehingga total 440 mEq ion hidrogen yang disekresikan ke dalam tubulus setiap harinya.

            Bila terdapat pengurangan konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraselular (alkalosis) ginjal gagal mereabsorpsi semua bikarbonat yang disaring sehingga meningkatkan ekskresi bikarbonat. Karena ion bikarbonat normalnya menyangga hidrogen dalam cairan ekstraselular, kehilangan bikarbonat ini sama dengan penambahan satu ion hidrogen kedalam cairan ekstraselular. Karena itu pada alkalosis, pengeluaran ion bikarbonat akan meningkatkan konsentrasi ion hidrogen cairan eksraselular kembali menuju normal. Pada asidosis, ginjal tidak mengekskresikan bikarbonat kedalam urin tetapi mreabsorpsi semua bikarbonat yang disaring dan menghasilkan bikarbonat baru yang ditambahkan kembali ke cairan ekstraselular. Hal ini mengurangi konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraselular kembali menuju normal.

            Jadi ginjal mengatur konsentrasi ion hidrogen cairan ekstraselular melalui tiga mekanisme dasar yaitu :

1.      sekresi ion-ion hidrogen

2.      reabsorpsi ion bikarbonat yang disaring

3.      produksi ion-ion bikarbonat baru

Metabolisme Asam Amino

Pencernaan protein bahan makanan di dalam usus menghasilkan asam amino yang masuk ke dalam hati melalui pembuluh portal. Dalam suatu proses yang tergantung pada energi, hati mengambil asam amino tersebut. Asam-asam amino membantu hati dalam pembentukan protein-protein yang dibutuhkan dalam dan dalam komposisi cadangan protein. Asam amino yang berlebihan akan dipecah oleh hati. Nitrogen dari asam amino dan kerangka karbonnya mempunyai nasib yang berbeda. Nitrogen akan diangkut dalam urea, sedangkan kerangka karbon, tergantung dari asal asam amino, dapat diubah glukosa yang dapat mengisi simpanan gloikogen atau diubah menjadi asetil-KoA dan asetoasetil-KoA. Berbagai metabolit berfungsi membantu sintesis ATP dan penyusunan asam lemak. Sesuai dengan nasib kerangka karbon, dapat dibedakan asam amino glukogenik dan ketogenik. Pada fase kelaparan dan puasa, kemampuan hati untuk mengubah asam amino menjadi glukosa sangat penting. Glukosa yang dibentuk dengan cara ini menjamin kemampuan sistem safar untuk menjalankan fungsinya.

Asam amino dengan rantai samping yang bercabang tidak dipecahkan dalam hati, melainkan di dalam otot. Nitrogennya ditranspor ke dalam hati dengan bantuan daur alanin dan di dalam hati diubah menjadi urea.

Daur Urea

Urea adalah diamida asam karbonat. Urea bersifat netral dan tidak beracun. Sebagai molekul yang kecil dan tidak bermuatan,urea dapat melewati membran. Karena urea dapat larut dengan baik dalam air, maka dapat dengan mudah ditranspor bersama-sama dengan darah dan diekskresikan melalui urin.

Urea dibentuk dalam hati dalam suatu rangkaian reaksi siklik. Kedua atom nitrogen berasal dari amoniak dan aspartat, bagian karbonil dari hidrogen karbonat. Pada langkah reasi pertama, dari hidrogen karbonat (HCO₃) dan amoniak akan dibentuk karbamoilfosfat dengan menggunakan 2 AP. Karbamoilfosfat mempunyai suatu potensial reaksi yang tinggi karena ikatan anhidrida asamnya. Pada langkah reaksi berikutnya, residu karbamoil dipindahkan ke ornitin, sehingga ornitin beralih menjadi sitrulin. Gugus amino kedua dari molekul urea diperoleh melalui reaksi aspartat dengan sitrulin. Untuk reaksi ini diperlukan energi baru dalam bentuk ATP. Pada reaksi ini, ATP akan dipecah menjadi AMP dan pirofosfat. Untuk melindungi reaksi ini, pirofosfat yangmerupakan produk kedua reaksi ini kemudian akan dihidrolisis  secara sempurna. Pemecahan fumarat, dari argininosuksinat menghasilkan arginin. Melalui hidrolisis, dari arginin akan dibebaskan isourea, yang segera diubah menjadi urea. Ornitin yang masih tersisa, siap digunakan untuk daur urea yang baru.

Fumarat, yang dibentuk dalam daur urea, dapat diubah menjadi oksaloasetat melalui dua langkah reaksi daur asam sitrat dengan zat antara malat. Oksaloasetat selanjutnya diubah menjadi aspartat melalui transaminasi. Aspartat juga siap digunakan kembali dalam daur urea.

Untuk biosintesis urea digunakan energi dalam jumlah yang besar. Keseluruhannya dipecah empat bagian yang kaya energi  untuk sintesis satu molekul urea. Dua ikatan tersebut digunakan pada sistetis karbamoilfosfat dan dua lainnya pada pembentukan argininosuksinal (ATP         AMP + PP_i, PP_i         P_i + P_i).

Daur urea berlangsung hanya di dalam hati dan rekasi terjadi dalam dua komponen, yaitu mitokondria dan sitoplasma. Transpor melalui membran zat antara sitronlin dan ornitin hanya mungkin terjadi dengan bantuan pengemban. Kedua asam amino ini tidak dijumpai dalam protein.

Kecepatan pembentukan urea dikendalikan melalui reaksi pertama dari daur. Hanya bila tersedia N-asetilglutamat, enzim  karnamoilfosfat sintase menjadi aktif. Konsentrasi dari efentor alosterik ini sangat tergantung keadaan metabolisme (kadar arginin, pemasukan energi).

Adapun keseluruhan aliran nitrogen dalam katabolisme protein merpakan hubungan keempat tahap dari biosintesis urea yaitu :(1) transaminasi, (2) deaminasi oksidatif,(3) pengangkutan amonia dan (4) reaksi pada siklus urea.

Biosintesis Asam Urat

Nukleotida termasuk metabolit yang paling kompleks. Biosintesisnya merupakan proses yang berlangsung lama dan berbelit-belit serta membutuhkan energi yang tinggi. Karena itu dapat dimengerti bahwa komponen nukleotida tidak dihancurkan secara lengkap, melainkan sebagian besar kembali digunakan (recycle). Hal ini berlaku terutama untuk basa purin adenin dan guanin.

Purin pada manusa dipecahkan menjadi asam urat dan bentuk ini yang kemudian diekskresikan. Pada proses ini cincin purin tetap utuh. Sebaliknya cincin pirimidin urasil, timin dan sitosin dipecah menjadi fragmen-fragmen kecil yang kembai masuk kedlam metabolisme, atau tanpa kesulitan diekskresikan.

Guanosin monofosfat, dipecah dalam dua tahap menjasi guanosin dan kemudian menjadi guanin. Guanin akan diubah melalui desaminasi menjadi suatu basa purin lainnya yaitu zantin. Pada jalur penghancuran terpenting  dari adenosin monofosfat (AMP) nukleotida segera didesaminasi dan terbentuk inosin monofosfat (IMP). Dengan cara yang serupa pada GMP. Dari IMP akan dibebaskan basa purin hipoxantin.      Hipoxantin akan diubah menjadi asam urat dengan bantuan hanya satu enzim yaitu xantin oksidase. Pada setiap langkah reaksi ini, satu gugus keto ini berasal dari oksigen molekuler dan sebagai produk reaksi sampingan terbentuk hidrogen peroksida yang toksik sehingga harus dipecahkan olej peroksidase.

Hampir semua mamalia menghancurkan kembali asam urat menjadi alantoin dengan bantuan uratase melalui pembukaan cincin dan alantoin akan diekskresikan. Primata, diantaranya manusia, tidak mampu membentuk alantoin.  Karena itu  asam urat merupakan bentuk ekskresi purin. Hal yang sama berlaku juga untuk burung. Sebagian besar hewan lainnya meneruskan lagi pemecahan purin hingga terbentuk asam alantoin atau menjadi urea dan glioksilat.

Berbeda dengan alantoin, asam urat bahkan sangat sukar larut. Pada keadaan peningkatan pembentukan asam urat atau ekskresi asam urat terganggu dapat menyebabkan konsentrasi asam urat yang berlebihan di dalam darah (hiperurikemia) dan sebagai akibatnya terbentuk endapan kristal asam urat di dalam tubuh. Terdapat dalam persendian menjadi penyebab serangan Pirai (Gout) yang menimbulkan rasa sakit yang luar biasa.

Hiperurikemia kebanyakan berasal dari gangguan ekskresi asam urat. Bahkan makanan yang banyak mengandung purin (misalnya daging) juga mempunyai efek yang tidak menguntungkan. Sindroma Lesch-Nyhan yang jarang terjadi disebabkan karena suatu defek pada  hipoxantin fosforibosil transferase. Terganggunya penggunaan kembali purin basa menyebabkan suatu hiperurikemia dan gangguan neurologik yang berat. Untuk mengatasi hiperurikemia diberikan alopurinol yang merupakan zat penghambat zantin oksidase.

Biosintesis Kreatin Dan Kreatinin

Baik kreatin maupun bentuk simpanan energinya, yaitu kreatinfosfat, terdapat di dalam otot, otak dan darah. Kreatin (kreatin anhidrida) terbentuk dalam otot dari kreatin fosfat melalui proses dehidrasi nonenzimatik yang ireversibel dan hilangnya fosfat. Eksresi kreatinin dalam urine 24 jam pada diri seseorang akan tampak konstan tiap-tiap harinya dan sebanding dengan massa ototnya. Kreatin dalam jumlah normalnya juga terdapat dalam urine.

Glisin, arginin dan metionon, ketiganya turut serta dalam biosintesis kreatin. Pemindahan gugus guanidino dari arginin kepada glisin, yang membentuk senyawa guanidoasetat (glikosiamina), berlangsung dalam ginjal namun tidak terjadi di dalam hati atau otot jantung. Sintesis kreatinin diselesaikan lewat reaksi metilasi guanidoasetat oleh senyawa S- adenosilmetionon di dalam hati. Biosintesis kreatinin dan kreatinfosfat seperti pada gambar diatas.

Biokimiawi Urolitiasis

Urolitiasis adalah pembentukan kalkulus di setiap tingkat dalam sistem pengumpulan urine. Dari semua macam batu yang paling sering adalah batu ginjal. Insidennnya lebih banyak pada laki-laki dan umumnya mempunyai faktor predisposisi familial.

Karena yang terbanyak ditemukan adalah batu ginjal maka dibawah ini digambarkan bahan penyusun batu ginjal sebagai berikut :

 75 %    à Kalsium oksalat/ kalsium oksalat + kalsium fosfat

 15 %    à  Magnesium Amonium fosfat

 10 %    à  Asam urat/ sistin

 2,5 % dari berat batu, kandungan organiknya berupa mukoprotein.

Faktor paling penting dan pasti terjadinya batu adalah peningkatan konsentrasi bahan penyusun batu.Maka dari itu 70 % batu ginjal kalsium mengalami hiperkalsiuria dan sisanya mengalami kelainan ginjal sehingga mengalami kebocoran kalsium.

Pada penderita hiperiroidisme primer ditemukan hiperkalsemia dan hiperkalsiuria. Adapun batu magnesiumamonium fosfat selalu ditemukan pada urine yang alkalis yang diakibatkan infeksi berulang traktus urinarius.

Gout dan penyakit pergantian sel yang cepat seperti leukemia terjadi peningkatan asam urat dalam urin  dan terjadi batu urine. Asam urat  dianggap inti bagi pengendapan kalsium.

Batu sistin umumnya timbul karena kelainan genetik transpor asam amino di ginjal. Pembentukan batu sistin dan batu urat ditemukan pada keadaan urine yang asam.

Adapun perubahan kandungan mukoprotein dalam urine membentuk bahan dasar organik yang penting pada berbagai jenis batu.  

DAFTAR PUSTAKA

1.      Guyton, AC, Hall, JE. 1997. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran Edisi 9. Cetakan I. EGC Jakarta.

2.      Koolman. J, Rohm, KH. 2001.Atlas Berwarna dan Teks Biokimia. Cetakan I Hipokrates. Jakarta.

3.      Murray, RK, dkk. 1996. Biokimia Harper. Edisi 24. EGC. Jakarta.

4.      Robbins, S.L, Kumar V. 1995. Buku Ajar Patologi II. Cetakan I. EGC. Jakarta.