Sistem tampon bicarbonat - Bicarbonate buffer system

Carbonul, un produs secundar al respirației celulare , este dizolvat în sânge, unde este preluat de celulele roșii din sânge și transformat în acid carbonic de anhidrază carbonică. Cea mai mare parte a acidului carbonic se disociază apoi în ioni bicarbonat și hidrogen.

Sistemul tampon bicarbonat este un mecanism homeostatic acid-bazic care implică echilibrul acidului carbonic (H 2 CO 3 ), al ionului bicarbonat (HCO -
3 ) și dioxid de carbon (CO 2 ) pentru a menține pH-ul în sânge și duoden , printre alte țesuturi, pentru a susține funcția metabolică adecvată . Catalizat de anhidrază carbonică , dioxidul de carbon (CO 2 ) reacționează cu apa (H 2 O) pentru a forma acid carbonic (H 2 CO 3 ), care la rândul său se disociază rapid pentru a forma un ion bicarbonat (HCO -
3 ) și un ion hidrogen (H + ) așa cum se arată în următoarea reacție:

Ca și în cazul oricărui sistem tampon , pH-ul este echilibrat de prezența atât a unui acid slab (de exemplu, H 2 CO 3 ), cât și a bazei sale conjugate (de exemplu, HCO -
3 ) astfel încât orice exces de acid sau bază introdus în sistem să fie neutralizat.

Nerespectarea acestui sistem de funcționare corectă duce la dezechilibru acido-bazic, cum ar fi acidemia (pH <7,35) și alcalemia (pH> 7,45) în sânge.

În echilibrul sistemic acid-bază

În țesuturi, respirația celulară produce dioxid de carbon ca produs rezidual; ca unul dintre rolurile principale ale sistemului cardiovascular , cea mai mare parte a acestui CO 2 este îndepărtată rapid din țesuturi prin hidratarea sa în ion bicarbonat. Ionul bicarbonat prezent în plasma sanguină este transportat la plămâni, unde este deshidratat înapoi în CO 2 și eliberat în timpul expirației. Aceste conversii de hidratare și deshidratare a CO 2 și H 2 CO 3 , care sunt în mod normal foarte lente, sunt facilitate de anhidrază carbonică atât în ​​sânge, cât și în duoden. În timp ce se află în sânge, ionul bicarbonat servește la neutralizarea acidului introdus în sânge prin alte procese metabolice (de exemplu , acid lactic , corpuri cetonice ); în mod similar, orice baze (de exemplu, ureea din catabolismul proteinelor ) sunt neutralizate de acid carbonic (H 2 CO 3 ).

Regulament

După cum se calculează prin ecuația Henderson – Hasselbalch , pentru a menține un pH normal de 7,4 în sânge (prin care pKa acidului carbonic este de 6,1 la temperatura fiziologică), un bicarbonat de 20: 1 la acid carbonic trebuie menținut constant; această homeostazie este mediată în principal de senzori de pH în medula oblongată a creierului și probabil în rinichi , legați prin bucle de feedback negativ cu efectorii din sistemele respirator și renal . În sângele majorității animalelor, sistemul tampon bicarbonat este cuplat la plămâni prin compensare respiratorie , procesul prin care se modifică viteza și / sau adâncimea respirației pentru a compensa modificările concentrației sanguine de CO 2 . Prin principiul lui Le Chatelier , eliberarea de CO 2 din plămâni împinge reacția de deasupra spre stânga, determinând formarea de CO 2 a anhidrazei carbonice până când este eliminat tot excesul de acid. Concentrația de bicarbonat este, de asemenea, reglementată în continuare de compensarea renală , procesul prin care rinichii reglează concentrația ionilor de bicarbonat prin secretarea ionilor H + în urină, în timp ce, în același timp, reabsorbe HCO -
3 ioni în plasma sanguină sau invers , în funcție de pH-ul plasmatic în scădere sau în creștere, respectiv.

Ecuația Henderson – Hasselbalch

O versiune modificată a ecuației Henderson-Hasselbalch poate fi utilizată pentru a relaționa pH-ul sângelui cu constituenții sistemului tampon bicarbonat:

Unde:

La descrierea gazelor arteriale din sânge , ecuația Henderson – Hasselbalch este de obicei citată în termeni de pCO 2 , presiunea parțială a dioxidului de carbon , mai degrabă decât H 2 CO 3 . Cu toate acestea, aceste cantități sunt legate de ecuație:

Unde:

Luată împreună, următoarea ecuație poate fi utilizată pentru a raporta pH-ul sângelui la concentrația de bicarbonat și la presiunea parțială a dioxidului de carbon:

Unde:

  • pH-ul este aciditatea din sânge
  • [HCO -
    3     ] este concentrația de bicarbonat din sânge, în mmol / L
  • p CO 2 este presiunea parțială a dioxidului de carbon din sânge, în mmHg

Derivarea aproximării Kassirer – Bleich

Ecuația Henderson – Hasselbalch, care este derivată din legea acțiunii de masă , poate fi modificată în raport cu sistemul tampon bicarbonat pentru a produce o ecuație mai simplă care oferă o aproximare rapidă a H + sau HCO -
3 concentrația fără a fi necesar să se calculeze logaritmi:

Deoarece presiunea parțială a dioxidului de carbon este mult mai ușor de obținut din măsurare decât acidul carbonic, constanta de solubilitate a legii lui Henry - care leagă presiunea parțială a unui gaz de solubilitatea acestuia - pentru CO 2 în plasmă este utilizată în locul concentrației de acid carbonic . După rearanjarea ecuației și aplicarea legii lui Henry, ecuația devine:

unde K ' este constanta de disociere de la p K a a acidului carbonic, 6.1, care este egal cu 800 nmol / L (deoarece K' = 10 −p Ka = 10 - (6.1) ≈ 8.00X10 −07 mol / L = 800nmol / L).

Prin înmulțirea K ' (exprimată ca nmol / L) și 0,03 (800 X 0,03 = 24) și rearanjarea în raport cu HCO -
3 , ecuația este simplificată pentru:

În alte țesuturi

Sistemul tampon bicarbonat joacă un rol vital și în alte țesuturi. În stomacul uman și în duoden, sistemul tampon bicarbonat servește atât la neutralizarea acidului gastric, cât și la stabilizarea pH-ului intracelular al celulelor epiteliale prin secreția ionului bicarbonat în mucoasa gastrică . La pacienții cu ulcer duodenal, eradicarea Helicobacter pylori poate restabili secreția de bicarbonat a mucoasei și reduce riscul de reapariție a ulcerului.

Referințe

linkuri externe