Równowaga kwasowo –zasadowa

1.Fizykochemiczne podstawy równowagi kwasowo – zasadowej

2.Regulacja płucna

3.Regulacja nerkowa

Izohydria

Utrzymanie stężenia jonów wodorowych w fizjologicznych granicach pH 7.35-7.45

Organizm w związku z przemianą materii nieprzerwalnie wytwarza jony H+, co sprawia, że nieustannie stoi w obliczu konieczności przeciwdziałania zakwaszania tkanek i płynów ustrojowych.

Co to są kwasy i zasady??

Wg. Definicji Bronsteda-Lowry’ego kwasami nazywamy związki mogące oddawać jony wodorowe:

HClH₊+ Cl_-

H₂SO₄2H+ + SO₄^2-

NH₄⁺H⁺ + NH₃

HCO₃^- H⁺ +CO ₃^2-

AHH₊+ A_-

Zasadami są związki mogące przyjmować jon wodorowy, np.:

HCO₃^-+H⁺H₂CO₃

NH­­₃ +H⁺NH­₄­⁺

WIOSEK: Kwasami i zasadami mogą być zarówno cząsteczki bez ładunku elektrycznego jak aniony i kationy.

Niektóre cząsteczki lub jony mogą zależnie od warunków środowiska zachowywać się jak kwasy lub zasady:

Jak kwas: HCO3- H+ +CO3­²(reakcja zachodząca w środowisku silnie zasadowym)

HCO3- +H+ H2 CO3 (reakcja zachodząca w środowisku silnie kwaśnym)

CO TO JEST pH ??

Jest to stężenie jonów wodorowych w skali logarytmicznej. pH to ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych:

pH=-log[H+]

pH=-log a _H+ - gdzie _H+ oznacza aktywność jonów wodorowych

Jeżeli stężenie jonów [H⁺]=10^-7 mol/L to w ujęciu Sorensena odpowiada ono pH=7

pH=-log [10^-7]=7

CO TO JEST pH ?

pH [H⁺]

3 1mmol/L Δ=9mmol/L

2 10mmol/L Δ=90mmol/L

1 100mmol/L

Norma 7,35 – 7,45 jedn. Sorensena

Patologia 6,9 – 7,7 jedn. Sorensena

Równanie Hendersona-Hasselbacha

Równanie H/H ma podstawowe znaczenie dla rozważenia równowago kwasowo-zasadowej gdyż definiuje zależność między pH roztworu a stężeniami kwasów i ich anionów.

Co to są bufory ??

Roztwory zawierające słaby kwas i jego anion mające zdolność do zmniejszania zmian [H⁺] po dodaniu do roztworu mocnego kwasu lub mocnej zasady.

Są to mieszaniny:

a)słaby kwas i jego sól z mocną zasadą

b)słaba zasada i jej sól z mocnym kwasem

c)dwóch soli kwasu wieloprotonowego

Buforowanie

a)Wiązanie mocnego kwasu przez aniony słabego kwasu w wyniku czego powstaje słaby kwas- zamiana mocnego kwasu w słaby kwas i jego anion

HCl + A- HA + Cl-

b)Wiązanie mocnych zasad przez słaby kwas, przy czym powstaje jego anion

KOH + AHA- +K+ +H20

W organizmie nieustannie powstaję kwasy, które mogą zakłócać środowisko wewnętrzne.

-kwas mlekowy (po wysiłku fizycznym)

-kwas siarkowy (z rozpadu białek)

-kwas fosforowy ( z białek, ATP, z rozpadu kwasów nukleinowych)

-kwas octowy, β hydroksymaślan (z utleniania KT w wątrobie)

Ilość powstających kwasów : 70mmol/dobę

CO₂ ………… mmol/dobę

Jak organizm broni się przed zakwaszeniem ?

1. Poziom buforowania – wiązanie jonów wodorowych i tym samym zabezpieczają organizm przed zakwaszaniem.

2. Kompensacja- zmiana stężenia składników buforu pierwotnie nie zaburzonego

3. Korekcja- zmiana stężenia składników buforu pierwotnie zaburzonego

Mechanizmy regulujące pH w organizmie

1. Regulacja narządowa- mechanizmy współdziałające w utrzymaniu stałego pH krwi

-regulacja nerkowa

-regulacja płucna

-regulacja kostna

2. Regulacja buforowa – układy buforowe krwi

-bufor białczanowy

-bufor fosforanowy

-bufor hemoglobin owy

-bufor wodorowęglanowy

Udział poszczególnych układów buforowych w pojemności buforowej pełnej krwi

%pojemności buforowej pełnej krwi

Bufor wodorowęglanowy 53

Hemoglobina i oksyhemoglobina 35

Białka osocza 7

Fosforany organiczne i nieorganiczne 5

Upraszczające:

1. Bufor wodorowęglanowy 53%

2. Bufory niewodorowęglanowe 47%

Równanie Hendersona-Hasselbacha dla buforu wodorowęglanowego

Głównym składnikiem ilościowym tego buforu jest CO_2rozp

CO₂ w fazie wodnej (krwi i płynie pozakomórkowym) pozostaje w stanie równowagi z dwutlenkiem węgla powietrza pęcherzykowego (schemat !!)

W przebiegu krwi przez łożysko naczyniowe płuc dochodzi do wyrównania ciśnienia CO₂ pomiędzy powietrzem pęcherzykowym a krwią – p CO_2pow=p CO₂ krwi tętniczej. Ta zależność umożliwia wstawianie wartości p CO₂ do mianownika równania H/H.

W 37^oC pK H₂CO₃=6.10, α-współczynnik rozpuszczalności CO₂ w osoczu (wzór!!)

Wzrost p CO₂ we krwi powoduje spadek pH.

pH krwi i innych płynów ustrojowych jest proporcjonalne do stężenia jonów wodorowęglanowych i odwrotnie proporcjonalne do ciśnienia dwutlenku węgla!!

Organizm człowieka jako układ otwarty

Wniosek: W układzie otwartym głównym donorem jonów wodorowych w sposób pośredni jest składnik dominujący ilościowo czyli rozpuszczony dwutlenek węgla.

(schemat !!)

Schemat buforowania mocnego kwasu/ zasady przez bufor wodorowęglanowy

(schemat !!!)

Zmiana pH krwi i płynu pozakomórkowego

Jest możliwa w 2 sytuacjach:

1. Gdy do płynu pozakomórkowego dostaną się mocne kwasy lub mocne zasady.

2. Gdy zmieni się ciśnienie dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym a więc i we krwi.

Dlatego zaburzenia gospodarki kwasowo-zasadowej człowieka dzielimy na 2 grupy:

1. Zaburzenia oddechowe- w których pierwotną zmianą jest zwiększenie lub zmniejszenie ciśnienia dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym.

2. Zaburzenia metaboliczne, gdy w płynie pozakomórkowym nagromadzają się nielotne kwasy lub zasady.

Zmiana ciśnienia dwutlenku węgla w powietrzu pęcherzykowym powoduje przesunięcia w układach buforowych krwi (schemat !!)

Przykłady buforowania mocnych kwasów i zasad in vivo

Psu po nefrektomii podano do przestrzeni pozakomórkowej 171 mmol/L HCL

Wartość pH zmniejszyła się z 7,4 do 7,11.

Stężenie wodorowęglanów zmniejszyło się z 24,6 do 6,7 mmol/L

Nastąpiło pobudzenie oddychania- zmniejszenie pCO₂ powietrza pęcherzykowego oraz pCO₂ krwi o 2,66kPa

Gdyby nie nastąpiła hiperwentylacja pH krwi zmniejszyłoby się do 6,80!

(schemat!!)

(tabelka!!)

(SCHEMAT!!!)

(schemat!!)