Бикарбонатная буферная система

Двуокись углерода, побочный продукт клеточного дыхания, растворяется в крови, где он и находится поглощается эритроцитами и превращается в угольную кислоту карбоангидразой. Большая часть угольной кислоты затем диссоциирует на ионы бикарбоната и водорода.

Бикарбонатная буферная система представляет собой кислотно-щелочной гомеостатический механизм с участием баланса угольной кислоты (H2CO3), бикарбонат-ион (HCO. 3) и диоксид углерода (CO 2) для поддержания pH в кровь и двенадцатиперстная кишка, среди других тканей, для поддержания надлежащей метаболической функции. Катализируемый карбоангидразой, диоксид углерода (CO 2) реагирует с водой (H 2 O) с образованием угольной кислоты (H 2CO3), которая в Turn быстро диссоциирует с образованием бикарбонат-иона (HCO. 3) и иона водорода (H), как показано в следующей реакции:

$CO\; 2\; +\; H\; 2\; O\; \rightleftarrows \; H\; 2\; CO\; 3\; \rightleftarrows \; HCO\; 3\; -\; +\; H\; +\; \{\; \backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; rm\; \{CO\_\; \{2\}\; +\; H\_\; \{2\}\; O\; \backslash \; rightleftarrows\; H\_\; \{2\}\; CO\_\; \{3\}\; \backslash \; rightleftarrows\; HCO\_\; \{3\}\; ^\; \{-\}\; +\; H\; ^\; \{+\}\}\}\}$

Как с в любой системе буфер, pH уравновешивается наличием как слабой кислоты (например, H 2CO3), так и ее конъюгированного основания (например,, HCO. 3), чтобы нейтрализовать любой избыток кислоты или основания, введенный в систему.

Неспособность этой системы функционировать должным образом приводит к кислотно-щелочному дисбалансу, например ацидемии (pH <7.35) and алкалиемии (pH>7,45) в крови.

• 1 В системном кислотно-щелочном балансе
  • 1.1 Регламент
  • 1.2 Уравнение Хендерсона – Хассельбаха
  • 1.3 Вывод приближения Кассирера – Блайха
• 2 В других тканях
• 3 Ссылки
• 4 Внешние ссылки

В тканях клеточное дыхание производит углекислый газ в качестве побочного продукта; как одну из основных функций сердечно-сосудистой системы, большая часть этого CO 2 быстро удаляется из тканей за счет его гидратации до бикарбонатного иона. Бикарбонат-ион, присутствующий в плазме крови, транспортируется в легкие, где он дегидратируется обратно в CO 2 и высвобождается во время выдоха.Эти преобразования гидратации и дегидратации CO 2 и H 2CO3, которые обычно происходят очень медленно, в обоих случаях способствует карбоангидраза кровь и дуод число Находясь в крови, ион бикарбоната служит для нейтрализации кислоты, попавшей в кровь в результате других метаболических процессов (например, молочная кислота, кетоновые тела ); аналогично, любые основания (например, мочевина от катаболизма белков ) нейтрализуются угольной кислотой (H 2CO3).

Регламент

Как рассчитано по уравнению Хендерсона – Хассельбаха для поддержания нормального pH в крови 7,4 (при этом pKa угольной кислоты составляет 6,1 при физиологической температуре) необходимо постоянно поддерживать соотношение бикарбоната к угольной кислоте 20: 1; это гомеостаз в основном опосредуется датчиками pH в продолговатом мозге мозга и, вероятно, в почках, связанных петлями отрицательной обратной связи с эффекторами в респираторном и почечная системы. В крови большинства животных бикарбонатная буферная система связана с легкими через респираторную компенсацию, процесс, посредством которого скорость и / или изменяется глубина дыхания, чтобы компенсировать изменения концентрации CO 2 в крови. Согласно принципу Ле Шателье, высвобождение CO 2 из легких подталкивает Реа Как показано выше, слева, вызывая образование угольной ангидразы 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, в то же время реабсорбируя ионы HCO. 3в мочу. в плазме крови или наоборот, в зависимости от того, падает или растет pH плазмы соответственно.

Уравнение Хендерсона – Хассельбаха

Модифицированная версия уравнения Хендерсона – Хассельбаха можно использовать для соотнесения pH крови с составляющими бикарбонатной буферной системы:

$pH\; =\; p\; K\; a\; H\; 2\; CO\; 3\; +\; log\; \; ([HCO\; 3\; -]\; [H\; 2\; CO\; 3\; ]),\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{pH\}\}\; =\; \{\backslash \; textrm\; \{p\}\}\; K\_\; \{a\; ~\; \{\backslash \; ce\; \{H\_2CO\_3\}\}\}\; +\; \backslash \; log\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{[\{\backslash \; ce\; \{HCO\_3\; ^\; -\}\}]\}\; \{[\{\backslash \; ce\; \{H\_2CO\_3\}\}]\}\}\; \backslash \; right),\}$

где:

• pKa H 2CO3- отрицательный логарифм (основание 10) кислотной диссоциации константа угольной кислоты. Он равен 6,1.
• [HCO. 3] - концентрация бикарбоната в крови
• [H2CO3] - концентрация угольной кислоты в крови

При описании газ артериальной крови, уравнение Хендерсона – Хассельбаха обычно приводится в терминах pCO 2, парциального давления двуокиси углерода, а не H 2CO3. Однако эти величины связаны уравнением:

$[H\; 2\; CO\; 3]\; =\; k\; H\; CO\; 2\; \times \; p\; CO\; 2,\; \{\backslash \; displaystyle\; [\{\backslash \; ce\; \{H\_\; \{2\}\; CO\_\; \{3\}\}\}]\; =\; k\_\; \{\backslash \; ce\; \{H\; ~\; CO\_\; \{2\}\}\}\; \backslash \; times\; p\; \_\; \{\backslash \; ce\; \{CO\_\; \{2\}\}\},\}$

где:

• [H2CO3] - концентрация угольной кислоты в крови
• kH CO 2- константа, включающая растворимость диоксида углерода в крови. k H CO 2составляет приблизительно 0,03 (ммоль /L )/мм рт.ст.
• pCO2 - парциальное давление углекислого газа в крови

Взято вместе можно использовать следующее уравнение, чтобы связать pH крови с концентрацией бикарбоната и парциальным давлением двуокиси углерода:

$pH\; =\; 6,1\; +\; log\; \; ([HCO\; 3\; -]\; 0,0307\; \times \; p\; CO\; 2),\; \{\; \backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; ce\; \{pH\}\}\; =\; 6.1+\; \backslash \; log\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{[\{\backslash \; ce\; \{HCO\_3\; ^\; -\}\}]\}\; \{0,0307\; \backslash \; times\; p\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{CO\_2\}\}\}\}\}\; \backslash \; справа),\}$

где:

• pH - кислотность крови;
• [HCO. 3] - концентрация бикарбоната в крови, в ммоль /L
• pCO2 - парциальное давление углекислого газа в крови в мм рт.ст.

Вывод приближения Кассирера – Блайха

Уравнение Хендерсона – Хассельбаха, которое выводится из закона действия масс, может быть модифицированным относительно бикарбонатной буферной системы, чтобы получить более простое уравнение, которое обеспечивает быстрое приближение концентрации H или HCO. 3без необходимости вычислять логар ithms:

$К\; a,\; H\; 2\; CO\; 3\; =\; [HCO\; 3\; -]\; [H\; 3\; O\; +]\; [H\; 2\; CO\; 3]\; \{\backslash \; displaystyle\; K\_\; \{a,\; \{\backslash \; ce\; \{H\_2CO\_3\}\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\; [\{\backslash \; ce\; \{HCO\_3\; ^\; -\}\}]\; [\{\backslash \; ce\; \{H\_3O\; ^\; +\}\}]\}\; \{[\{\backslash \; ce\; \{H\_2CO\_3\}\}]\}\}\}$

Так как парциальное давление углекислого газа намного легче получить из измерений, чем угольная кислота, вместо угольной кислоты используется константа растворимости по закону Генри, которая связывает парциальное давление газа с его растворимостью - для CO 2 в плазме концентрация. После преобразования уравнения и применения закона Генри уравнение принимает следующий вид:

$[H\; +]\; =\; K\; \prime \; \cdot \; 0,03\; p\; CO\; 2\; [HCO\; 3\; -],\; \{\backslash \; displaystyle\; [\{\backslash \; ce\; \{H\; ^\; +\}\}]\; =\; \{\; \backslash \; frac\; \{K\; \text{'}\backslash \; cdot\; 0.03p\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{CO\_2\}\}\}\}\; \{[\{\backslash \; ce\; \{HCO\_3\; ^\; -\}\}]\}\},\}$

где K' - константа диссоциации от pK a угольной кислоты, 6,1, что равно 800 нмоль / л (поскольку K '= 10 = 10 ≈ 8,00 × 10 моль / л = 800 нмоль / л).

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

$[HCO\; 3\; -]\; Знак\; равно\; 24\; p\; CO\; 2\; [H\; +]\; \{\backslash \; displaystyle\; [\{\backslash \; ce\; \{HCO\_3\; ^\; -\}\}]\; =\; 24\; \{\backslash \; frac\; \{p\; \_\; \{\{\backslash \; ce\; \{CO\_2\}\}\}\}\; \{[\{\backslash \; ce\; \{H\; ^\; +\}\; \}]\}\}\}$

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. У пациентов с язвой двенадцатиперстной кишки эрадикация Helicobacter pylori может восстановить секрецию бикарбоната слизистой оболочки и снизить риск рецидива язвы.

• Nosek, Thomas М. «Раздел 7 / 7ч12 / 7ч12п17». Основы физиологии человека. Архивировано из оригинального 24.03.2016.