Menținerea unui pH constant este cheia bunei funcționări a tuturor organelor și sistemelor. Constanța H + în fluidele corporale este menținută, datorită a trei mecanisme care previn apariția acidozei și alcalozei. Aceste trei mecanisme sunt:

tampon

  • sisteme tampon ale corpului - reacționează instantaneu cu produse acide sau alcaline și nu permit abateri mari în concentrația de H + liber;
  • reglarea respiratorie a pH-ului - prin modificarea frecvenței și profunzimii respirației modifică gradul de eliminare a CO2 din organism, ceea ce duce la normalizarea concentrației de H + în fluidele corporale;
  • mecanism renal de reglare a pH-ului - cu modificări ale concentrației de H +, rinichii modifică cantitatea de produse acide și alcaline excretate din urină.

Mecanismele implicate în menținerea unei concentrații constante de H + în organism, pe de o parte, realizează legarea H + liberă și, pe de altă parte, îndepărtarea lor.

Sisteme tampon și tamponare

Sistemele tampon sunt formate din doi sau mai mulți compuși chimici. Acestea previn modificări mari ale concentrației de H + atunci când se adaugă acizi sau baze la soluție. De obicei, un sistem tampon constă dintr-un acid slab și sarea sa alcalină, un compus care este capabil să elibereze H + atunci când concentrația lor începe să scadă, și un altul care se poate lega H + când concentrația lor începe să crească. Acesta este sistemul tampon de carbonat de hidrogen. Este extrem de important pentru reglarea echilibrului alcalin-acid în organism. Compus din H2CO3 și NaHCO3. Dacă la acest sistem tampon se adaugă o bază puternică, se obține o sare alcalină. În acest fel, pH-ul mediului se schimbă cu greu.

Adăugarea unei baze puternice duce la formarea acidului carbonic. Este un acid foarte slab și gradul de disociere a electroliților este foarte mic. H2CO3 se disociază în H + și HCO3 -. În fiecare soluție de acid carbonic, produsul H + și HCO3 - împărțit la concentrația de acid carbonic nedisociat este egal cu o constantă.

(H +) x (HCO3 -)/(H2CO3) = K ', unde K' este o constantă de disociere

Cantitatea de acid carbonic nedisociat este proporțională cu cantitatea de dioxid de carbon formată în timpul descompunerii sale. Astfel, din ecuația de mai sus, obținem:

Când logaritmizăm ambele părți ale unei ecuații și le înmulțim cu -1 obținem:

pK este valoarea pH-ului la care concentrațiile acidului și a sării sale alcaline sunt egale între ele. Tampoanele sunt cele mai eficiente într-un mediu în care pH-ul este în intervalul +/- 1 din valoarea lor pK. Pentru sistemul tampon de hidrogen carbonat, pK este egal cu 6,1.

Aceasta este ecuația Henderson-Hasselbach pentru sistemul tampon de hidrogen carbonat. Dacă valorile HCO3 - și CO2 sunt cunoscute, pH-ul poate fi calculat din acesta. Pe măsură ce concentrația de HCO3 crește, pH-ul crește (alcaloză) și pe măsură ce crește concentrația de CO2, pH-ul scade. Concentrația de dioxid de carbon poate varia în funcție de modificările ventilației pulmonare, iar concentrația de HCO3 poate fi reglată de rinichi. Prin urmare, cei doi factori principali care determină forța de tamponare a unui sistem tampon sunt concentrațiile elementelor sistemului și gradul de acord al pK al sistemului tampon cu pH-ul real în care operează. Forța de tamponare este mai mare atunci când pK este egal cu pH-ul sau atunci când raportul dintre concentrațiile elementelor din sistem este 1: 1.

Sistemele tampon din fluidele corporale sunt:

  • sistem tampon hidrogen carbonat;
  • sistem tampon fosfat;
  • sistem tampon proteic;
  • sistem tampon de hemoglobină.

Tamponarea se realizează atât extracelular, cât și intracelular, o parte semnificativă din care are loc în celulele organelor.

Sistem tampon carbonat de hidrogen

Sistem tampon fosfat

Sistemul tampon fosfat este compus din 20% (NaH2PO4) și fosfat de sodiu secundar 80% (Na2HPO4). Când se adaugă acid, sistemul reacționează cu fosfatul secundar: HCI + Na2HPO4 NaH2PO4 + NaCl. Astfel acidul puternic este înlocuit cu exemplul de fosfat de sodiu, care este un acid slab și pH-ul se modifică ușor. Când se adaugă o bază puternică, aceasta reacționează cu exemplul de fosfat de sodiu NaOH + Na2HPO4 Na2HPO4 + H2O. Se obține fosfat de sodiu secundar și pH-ul mediului este aproape neschimbat. Sistemul tampon fosfat are un pK de 6,80. Cantitatea de elemente din sistemul tampon fosfat din ECT este de 1/12 din cea a bicarbonatului. Prin urmare, capacitatea sa de tamponare totală este mai mică decât cea a sistemului tampon de hidrogen carbonat. Sistemul tampon fosfat joacă un rol foarte important în fluidul intracelular, deoarece concentrația sa este semnificativ mai mare decât cea a sistemului extracelular. Sistemul tampon fosfat are o mare importanță pentru tamponarea H + liberă în fluidul tubular.

Sistem tampon proteic

Sistemul tampon de proteine ​​este alcătuit din plasmă și proteine ​​celulare. Sunt tampoane eficiente, deoarece pot lega atât produsele acide, cât și alcaline și pot neutraliza acțiunea lor. Proteinele se pot lega și elibera H +:

Gruparea carboxil nedisociată poate fi separată, iar carbura disociată se poate lega la H +. Celălalt sistem tampon este amoniul.

R-NH3 + este un acid care dă H +, iar R-NH2 este o bază care ia H +. PK al sistemului tampon proteic coincide cu pH-ul actual al sângelui. Din acest motiv, are o capacitate tampon de două ori mai mare decât a sistemului tampon hidrogen carbonat. Sistemul tampon proteic este crucial pentru menținerea echilibrului alcalin-acid din celule datorită concentrației extrem de ridicate de proteine ​​din ele. Difuzia H + și HCO3 - prin membrana celulară este slabă, în timp ce CO2 trece cu ușurință prin membrana celulară. În câteva ore, pH-ul fluidului intracelular se apropie de pH-ul fluidului extracelular. Sistemele tampon cu o oarecare întârziere ajută la tamponarea ECT.

Sistem tampon de hemoglobină

Hemoglobina acoperă 80% din capacitatea de tamponare a sângelui. Când dioxidul de carbon este transportat din țesuturi în plămâni, se formează acid carbonic în eritrocite. Hemoglobina tamponează H + obținută în timpul disocierii sale.Hemoglobina are o capacitate imensă de tamponare. Din acest motiv, sângele venos este mult mai puțin acid decât sângele arterial.