Acidobazické homeostázy
pH extracelulární tekutiny, včetně krevní plazmě, je obvykle regulována mezi 7,32 a 7.42, chemické pufry, dýchací systém, ledvinový systém.
Vodných tlumivých roztoků bude reagovat se silnými kyselinami nebo silnými bázemi tím, že absorbuje přebytečný vodík H+
ionty, nebo hydroxid OH−
ionty, které nahradí silné kyseliny a zásady slabé kyseliny a slabé báze. To má za následek tlumení účinku změn pH nebo snížení změny pH, ke které by jinak došlo. Pufry však nemohou korigovat abnormální hladiny pH v roztoku, ať už je to roztok ve zkumavce nebo v extracelulární tekutině. Pufry se obvykle skládají z dvojice sloučenin v roztoku, z nichž jedna je slabá kyselina a druhá slabá báze. Nejhojnější pufr v ECF sestává z roztoku kyseliny uhličité (H2CO3)a hydrogenuhličitanu (HCO−
3) soli, obvykle sodíku (Na+). Když je tedy v roztoku nadbytek iontů OH−
, kyselina uhličitá je částečně neutralizuje vytvořením iontů H2O a hydrogenuhličitanu (HCO−
3). Podobně přebytek H+ iontů je částečně neutralizována hydrogenuhličitan složky tlumivého roztoku tvoří kyselinu uhličitou (H2CO3), která, protože je to slabá kyselina, zůstává do značné míry ve formě nedisociovaných, uvolňuje daleko méně H+ iontů do roztoku, než původní silné kyseliny by udělal.
pH pufrového roztoku závisí výhradně na poměru molárních koncentrací slabé kyseliny ke slabé bázi. Čím vyšší je koncentrace slabé kyseliny v roztoku (ve srovnání se slabou bází), tím nižší je výsledné pH roztoku. Podobně, je-li slabá báze převažuje vyšší výsledné pH.
Tento princip je využíván pro regulaci pH extracelulární tekutiny (spíše než jen ukládání do vyrovnávací paměti pH). Pro kyselinu uhličitou-bikarbonátovém pufru, molárním poměru slabé kyseliny slabá báze 1:20 vyrábí pH 7,4; a naopak – když se pH extracelulární tekutiny je 7,4, pak poměr kyseliny uhličité na hydrogenuhličitan ionty v tom, že tekutiny je 1:20.
Tento vztah je popsán matematicky pomocí Henderson–Hasselbalch rovnice, které, když se aplikuje na kyselinu uhličitou-bikarbonátový pufrační systém v extracelulární tekutiny, se uvádí, že:
p H = p K a H 2 C O 3 + log 10 ( ) , {\displaystyle \mathrm {pH} =\mathrm {p} a K_{\mathrm {a} ~\mathrm {H} _{2}\mathrm {CO} _{3}}+\log _{10}\left({\frac {}{}}\right),}
, kde:
- pH je negativní logaritmus (nebo kologaritmus) molární koncentrace vodíkových iontů v ECF. Označuje kyselost v ECF inverzním způsobem: čím nižší je pH, tím větší je kyselost roztoku.
- pKa H2CO3 je kologaritmus disociační konstanty kyseliny uhličité. Rovná se 6,1.
- je molární koncentrace hydrogenuhličitanu v krevní plazmě
- je molární koncentrace kyseliny uhličité v ECF.
Nicméně, protože kyselina uhličitá koncentrace je přímo úměrná parciálnímu tlaku oxidu uhličitého ( P C O 2 {\displaystyle P_{{\mathrm {CO} }_{2}}}
) v extracelulární tekutiny, rovnice může být přepsána následovně: p H = 6.1 + log 10 ( 0.0307 × P C O 2 ) , {\displaystyle \mathrm {pH} =6.1+\log _{10}\left({\frac {}{0.0307\times P_{\mathrm {CO} _{2}}}}\right),}
kde:
- pH je záporný logaritmus molární koncentrace vodíkových iontů v ECT, jako předtím.
- je molární koncentrace hydrogenuhličitanu v plazmě
- PCO2 je parciální tlak oxidu uhličitého v krevní plazmě.
pH extracelulární tekutiny tak může být ovládána samostatně, regulace parciální tlak oxidu uhličitého (který určuje koncentrace kyseliny uhličité), a sodný koncentrace iontů v extracelulární tekutině.
Existují tedy alespoň dva homeostatické negativní zpětnou vazbu systémy zodpovědný za regulaci pH plazmy. Prvním je homeostatický kontrolu krve, parciální tlak oxidu uhličitého, který určuje uhličité kyseliny koncentrace v plazmě, a může změnit pH v arteriální plazmě během několika sekund. Parciální tlak oxidu uhličitého v arteriální krvi je sledován centrálními chemoreceptory medulla oblongata, a proto jsou součástí centrálního nervového systému. Tyto chemoreceptory jsou citlivé na pH a hladiny oxidu uhličitého v mozkomíšním moku. (Periferní chemoreceptory jsou umístěny v aortální těla a krční orgány přilehlé k oblouku aorty a v rozvětvení krkavic, v tomto pořadí. Tyto chemoreceptory jsou citlivé především na změny parciálního tlaku kyslíku v arteriální krvi, a proto nejsou přímo zapojeny s pH homeostáze.)
centrální chemoreceptory zasílají své informace do respiračních center v medulla oblongata a pons mozkového kmene. Respirační centra pak určují průměrnou rychlost ventilace alveol plic, aby byl parciální tlak oxidu uhličitého v arteriální krvi konstantní. Dýchací centrum tak činí prostřednictvím motorických neuronů, které aktivují dýchací svaly (zejména membránu). Vzestup parciálního tlaku oxidu uhličitého v arteriální krevní plazmě nad 5,3 kPa (40 mmHg) reflexly způsobuje zvýšení frekvence a hloubka dýchání. Normální dýchání se obnoví, když se parciální tlak oxidu uhličitého vrátí na 5,3 kPa. Konverzace nastane, pokud parciální tlak oxidu uhličitého klesne pod normální rozsah. Dýchání může být dočasně zastaveno nebo zpomaleno, aby se oxid uhličitý mohl znovu hromadit v plicích a arteriální krvi.
snímač koncentrace HCO−
3 v plazmě není s jistotou znám. Je velmi pravděpodobné, že renální tubulární buňky distálních spletitých tubulů jsou samy citlivé na pH plazmy. Metabolismus těchto buněk produkuje CO2, který se rychle přeměňuje na H+ a HCO−
3 působením karboanhydrázy. Když extracelulární tekutiny inklinují k kyselosti, renální tubulární buňky vylučují ionty H + do tubulární tekutiny, odkud vystupují z těla močí. Ionty HCO –
3 jsou současně vylučovány do krevní plazmy, čímž se zvyšuje koncentrace hydrogenuhličitanových iontů v plazmě, snižuje se poměr kyseliny uhličité/hydrogenuhličitanu a následně se zvyšuje pH plazmy. K tomu dochází, když pH plazmy stoupne nad normální: hydrogenuhličitanové ionty se vylučují do moči a vodíkové ionty do plazmy. Tyto kombinovat s bikarbonátové ionty v plazmě tvoří kyselina uhličitá (H+ + HCO−
3 = H2CO3), a tím zvýšení kyseliny uhličité:hydrogenuhličitan poměr v extracelulární tekutiny, a vrací jeho pH do normálu.
metabolismus obecně produkuje více odpadních kyselin než bází. Moč je proto obecně kyselá. Tento močových kyselost je do určité míry neutralizuje amoniak (NH3), který je vylučován do moči, když glutamát a glutamin (dopravci přebytku, již není potřeba, amino skupiny) jsou deaminated distální renální tubulární epiteliální buňky. Část „kyselého obsahu“ moči tedy spočívá ve výsledném obsahu amonného iontu (NH4+) v moči, i když to nemá žádný vliv na pH homeostázu extracelulárních tekutin.