Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из системы буферизации бикарбоната )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Углерод, побочный продукт клеточного дыхания , растворяется в крови, где он поглощается эритроцитами и превращается в угольную кислоту с помощью карбоангидразы. Затем большая часть угольной кислоты диссоциирует на ионы бикарбоната и водорода.

Буферная система бикарбоната представляет собой гомеостатический кислотно-щелочной механизм , включающий баланс угольной кислоты (H 2 CO 3 ), ион бикарбоната (HCO-
3) и диоксид углерода (CO 2 ), чтобы поддерживать pH в крови и двенадцатиперстной кишке , среди других тканей, чтобы поддерживать правильную метаболическую функцию. [1] Катализируемый карбоангидразой диоксид углерода (CO 2 ) реагирует с водой (H 2 O) с образованием угольной кислоты (H 2 CO 3 ), которая, в свою очередь, быстро диссоциирует с образованием бикарбонат-иона (HCO).-
3) и ион водорода (H + ), как показано в следующей реакции: [2] [3] [4]

Как и в любой буферной системе, pH уравновешивается наличием как слабой кислоты (например, H 2 CO 3 ), так и ее сопряженного основания (например, HCO 3).-
3), так что любой избыток кислоты или основания, введенный в систему, нейтрализуется.

Неспособность этой системы функционировать должным образом приводит к кислотно- щелочному дисбалансу, например ацидемии (pH <7,35) и алкалиемии (pH> 7,45) в крови. [5]

В системном кислотно-щелочном балансе [ править ]

В тканях клеточное дыхание производит углекислый газ в качестве продукта жизнедеятельности; как одна из основных функций сердечно-сосудистой системы , большая часть этого CO 2 быстро удаляется из тканей путем его гидратации до бикарбонат-иона. [6] Ион бикарбоната, присутствующий в плазме крови, транспортируется в легкие, где он дегидратируется обратно в CO 2 и высвобождается во время выдоха. Эти процессы гидратации и дегидратации CO 2 и H 2 CO 3 , которые обычно происходят очень медленно, облегчаются карбоангидразой как в крови, так и в двенадцатиперстной кишке. [7]Находясь в крови, ион бикарбоната служит для нейтрализации кислоты, попавшей в кровь через другие метаболические процессы (например, молочная кислота , кетоновые тела ); аналогично, любые основания (например, мочевина, полученная в результате катаболизма белков ) нейтрализуются угольной кислотой (H 2 CO 3 ). [8]

Регламент [ править ]

Согласно расчетам по уравнению Хендерсона-Хассельбаха , для поддержания нормального pH 7,4 в крови (при этом pKa угольной кислоты составляет 6,1 при физиологической температуре) необходимо постоянно поддерживать соотношение бикарбоната к угольной кислоте 20: 1; этот гомеостаз в основном опосредуется датчиками pH в продолговатом мозге мозга и, вероятно, в почках , связанными петлями отрицательной обратной связи с эффекторами в дыхательной и почечной системах. [9] В крови большинства животных бикарбонатная буферная система связана с легкими посредством респираторной компенсации., процесс, при котором частота и / или глубина дыхания изменяется для компенсации изменений концентрации CO 2 в крови . [10] По принципу Ле Шателье , выброс CO 2 из легких сдвигает вышеуказанную реакцию влево, заставляя карбоангидразу образовывать CO 2 до тех пор, пока не будет удалена вся избыточная кислота. Концентрация бикарбоната также регулируется почечной компенсацией , процессом, с помощью которого почки регулируют концентрацию ионов бикарбоната, выделяя ионы H + в мочу и в то же время реабсорбируя HCO.-
3ионов в плазму крови или наоборот , в зависимости от того, падает или растет pH плазмы соответственно. [11]

Уравнение Хендерсона – Хассельбаха [ править ]

Модифицированная версия уравнения Хендерсона-Хассельбаха может быть использована для связи pH крови с составляющими бикарбонатной буферной системы: [12]

где:

  • р К Н 2 СО 3 представляет собой отрицательный логарифм (основание 10) кислоты константа диссоциации из угольной кислоты . Он равен 6,1.
  • [HCO-
    3    ] - это концентрация бикарбоната в крови
  • [H 2 CO 3 ] - это концентрация угольной кислоты в крови.

При описании артериальной крови газа , уравнение Хендерсон-Hasselbalch обычно приводятся в терминах рСЫ 2 , с парциальным давлением из углекислого газа , а не H 2 CO 3 . Однако эти величины связаны уравнением: [12]

где:

  • [H 2 CO 3 ] - это концентрация угольной кислоты в крови.
  • k H CO 2 - постоянная величина, включающая растворимость углекислого газа в крови. k H CO 2 составляет примерно 0,03 ( ммоль / л ) / мм рт.
  • р СО 2 представляет собой парциальное давление из углекислого газа в крови

Взятые вместе, следующее уравнение можно использовать для связи pH крови с концентрацией бикарбоната и парциальным давлением углекислого газа: [12]

где:

  • pH - это кислотность в крови
  • [HCO-
    3    ] - концентрация бикарбоната в крови, ммоль / л.
  • p CO 2 - парциальное давление углекислого газа в крови, в мм рт.

Вывод приближения Кассирера – Блайха [ править ]

Уравнение Хендерсона – Хассельбаха, которое выводится из закона действия масс , может быть изменено относительно буферной системы бикарбоната, чтобы получить более простое уравнение, которое обеспечивает быструю аппроксимацию H + или HCO-
3концентрация без необходимости вычислять логарифмы: [7]

Поскольку парциальное давление углекислого газа намного легче получить из измерений, чем углекислый газ, константа растворимости по закону Генри, которая связывает парциальное давление газа с его растворимостью, для CO 2 в плазме используется вместо концентрации угольной кислоты. . После преобразования уравнения и применения закона Генри уравнение принимает следующий вид: [13]

где K ' - константа диссоциации от p K a угольной кислоты, 6.1, которая равна 800 нмоль / л (так как K' = 10 −p Ka = 10 - (6.1) ≈ 8.00X10 −07 моль / л = 800 нмоль / Л).

Путем умножения K ' (выраженного в нмоль / л) на 0,03 (800 X 0,03 = 24) и перегруппировки относительно HCO-
3, уравнение упрощается до:

В других тканях [ править ]

Бикарбонатная буферная система играет жизненно важную роль и в других тканях. В желудке и двенадцатиперстной кишке человека бикарбонатная буферная система служит как для нейтрализации желудочной кислоты, так и для стабилизации внутриклеточного pH эпителиальных клеток за счет секреции иона бикарбоната в слизистую оболочку желудка . [1] У пациентов с язвой двенадцатиперстной кишки эрадикация Helicobacter pylori может восстановить секрецию бикарбоната слизистой оболочки и снизить риск рецидива язвы. [14]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Криг, Брайан Дж .; Тагави, Сейед Мохаммад; Amidon, Gordon L .; Амидон, Грегори Э. (01.11.2014). «Прогнозируемое растворение in vivo: анализ переноса СО2, бикарбонатная буферная система in vivo» (PDF) . Журнал фармацевтических наук . 103 (11): 3473–3490. DOI : 10.1002 / jps.24108 . ЛВП : 2027,42 / 109280 . ISSN  1520-6017 . PMID  25212721 .
  2. ^ Oxtoby, Дэвид В .; Гиллис, Пэт (2015). «Кислотно-основные равновесия». Принципы современной химии (8-е изд.). Бостон, Массачусетс: Cengage Learning. С. 611–753. ISBN 978-1305079113.
  3. ^ Видмайер, Эрик; Рафф, Гершель; Стрэнг, Кевин (2014). «Почки и регуляция воды и неорганических ионов». Физиология человека Вандера (13-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 446–489. ISBN 978-0073378305.
  4. ^ Мелдрам, Нью-Йорк; Роутон, FJW (1933-12-05). «Карбоангидраза. Ее получение и свойства» . Журнал физиологии . 80 (2): 113–142. DOI : 10.1113 / jphysiol.1933.sp003077 . ISSN 0022-3751 . PMC 1394121 . PMID 16994489 .   
  5. ^ Роудс, Родни А .; Белл, Дэвид Р. (2012). Медицинская физиология: принципы клинической медицины (4-е изд., Международное изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 9781451110395.
  6. ^ др.], Давид Садава ... [эт; Белл, Дэвид Р. (2014). Жизнь: Наука биологии (10-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN 9781429298643.
  7. ^ a b Медведь, РА; Дайк, РФ (1979-01-20). «Клинический подход к диагностике кислотно-щелочных нарушений» . Журнал Канадской медицинской ассоциации . 120 (2): 173–182. ISSN 0008-4409 . PMC 1818841 . PMID 761145 .   
  8. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М .; Ленингер, Альберт Л. (2008). Принципы биохимии Ленингера (5-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 9781429212427.
  9. ^ Джонсон, Леонард Р., изд. (2003). Основы медицинской физиологии (3-е изд.). Амстердам: Elsevier Academic Press. ISBN 9780123875846.
  10. ^ Heinemann, Генри O .; Голдринг, Роберта М. (1974). «Бикарбонат и регулирование вентиляции». Американский журнал медицины . 57 (3): 361–370. DOI : 10.1016 / 0002-9343 (74) 90131-4 . PMID 4606269 . 
  11. ^ Кёппен, Брюс М. (2009-12-01). «Почечная и кислотно-щелочная регуляция». Достижения в физиологическом образовании . 33 (4): 275–281. DOI : 10.1152 / advan.00054.2009 . ISSN 1043-4046 . PMID 19948674 .  
  12. ^ a b c стр. 556 , раздел «Оценка pH плазмы» в: Bray, John J. (1999). Конспект лекций по физиологии человека . Молден, Массачусетс: Blackwell Science. ISBN 978-0-86542-775-4.
  13. ^ Каменс, Дональд Р .; Носит Роберт Л .; Тримбл, Клив (1979-11-01). «Обход уравнения Хендерсона-Хассельбаха». Журнал Американского колледжа врачей неотложной помощи . 8 (11): 462–466. DOI : 10.1016 / S0361-1124 (79) 80061-1 .
  14. ^ Hogan, DL; Rapier, RC; Dreilinger, A; Koss, MA; Basuk, PM; Weinstein, WM; Nyberg, LM; Isenberg, JI (1996). "Duodenal bicarbonate secretion: Eradication of Helicobacter pylori and duodenal structure and function in humans". Gastroenterology. 110 (3): 705–716. doi:10.1053/gast.1996.v110.pm8608879. PMID 8608879.

External links[edit]

  • Nosek, Thomas M. "Section 7/7ch12/7ch12p17". Essentials of Human Physiology. Archived from the original on 2016-03-24.