Syre – base homeostase

pH i den ekstracellulære væske, inklusive blodplasmaet, reguleres normalt tæt mellem 7,32 og 7,42 af de kemiske buffere, åndedrætssystemet og nyresystemet.

vandige bufferopløsninger reagerer med stærke syrer eller stærke baser ved at absorbere overskydende hydrogen h+
ioner eller OH−
ioner, der erstatter de stærke syrer og baser med svage syrer og svage baser. Dette har den virkning at dæmpe effekten af pH-ændringer eller reducere den pH-ændring, der ellers ville have fundet sted. Men buffere kan ikke korrigere unormale pH-niveauer i en opløsning, det være sig opløsningen i et reagensglas eller i den ekstracellulære væske. Buffere består typisk af et par forbindelser i opløsning, hvoraf den ene er en svag syre og den anden en svag base. Den mest rigelige buffer i ECF består af en opløsning af kulsyre (H2CO3) og bicarbonatet (HCO−
3) salt af sædvanligvis natrium (Na+). Når der således er et overskud af Oh –
ioner i opløsningen neutraliserer kulsyre dem delvist ved at danne H2O og bicarbonat (HCO−
3) ioner. Tilsvarende neutraliseres et overskud af H+ – ioner delvist af bicarbonatkomponenten i bufferopløsningen til dannelse af kulsyre (H2CO3), som, fordi det er en svag syre, stort set forbliver i den ikke-frigivne form og frigiver langt færre H+ – ioner i opløsningen end den oprindelige stærke syre ville have gjort.

ph i en bufferopløsning afhænger udelukkende af forholdet mellem de molære koncentrationer af den svage syre og den svage base. Jo højere koncentrationen af den svage syre i opløsningen (sammenlignet med den svage base) jo lavere er den resulterende pH af opløsningen. Tilsvarende, hvis den svage base dominerer, jo højere er den resulterende pH.

dette princip udnyttes til at regulere pH i de ekstracellulære væsker (snarere end blot buffering af pH). For kulsyre-bicarbonatbufferen producerer et molforhold mellem svag syre og svag base på 1:20 en pH på 7,4; og omvendt – når pH af de ekstracellulære væsker er 7,4, er forholdet mellem kulsyre og bicarbonationer i denne væske 1:20.

dette forhold beskrives matematisk af Henderson–Hasselbalch-ligningen, som, når den anvendes på kulsyre-bicarbonatbuffersystemet i de ekstracellulære væsker, siger, at:

p H = p K A H 2 C o 3 + log 10 liter (), {\displaystyle \mathrm {pH} =\mathrm {p} K_{\mathrm {a} ~\mathrm {H} _{2}\mathrm {CO} _{3}}+\Log _{10}\venstre({\frac {}{}}\højre),}

hvor:

• pH er den negative logaritme (eller cologaritme) af molær koncentration af hydrogenioner i ECF. Det angiver surheden i ECF på en invers måde: jo lavere pH, desto større er surheden af opløsningen.
• pKa H2CO3 er cologaritmen af syredissociationskonstanten af kulsyre. Det er lig med 6,1.
• er den molære koncentration af bicarbonat i blodplasmaet
• er den molære koncentration af kulsyre i ECF.

da kulsyrekoncentrationen imidlertid er direkte proportional med partialtrykket af kulsyre (P C O 2 {\displaystyle P_ {{\mathrm {CO} }_{2}}}

) i den ekstracellulære væske kan ligningen omskrives som følger: p H = 6,1 + log 10 liter ( 0,0307 liter P C O 2), {\displaystyle \mathrm {pH} =6,1+\log _{10}\venstre({\frac {}{0,0307\gange P_{\mathrm {CO} _{2}}}}\højre),}

hvor:

• pH er den negative logaritme af molær koncentration af hydrogenioner i ECF, som før.
• er den molære koncentration af bicarbonat i plasmaet
• PCO2 er partialtrykket af kulsyre i blodplasmaet.

pH-værdien af de ekstracellulære væsker kan således styres ved separat regulering af partialtrykket af kulsyre (som bestemmer kulsyrekoncentrationen) og bicarbonationskoncentrationen i de ekstracellulære væsker.

der er derfor mindst to homeostatiske negative feedbacksystemer, der er ansvarlige for reguleringen af plasma-pH. den første er den homeostatiske kontrol af blodpartialtrykket af kulsyre, som bestemmer kulsyrekoncentrationen i plasmaet og kan ændre pH i arterielt plasma inden for få sekunder. Det partielle tryk af kulsyre i arterielt blod overvåges af de centrale kemoreceptorer i medulla oblongata og er således en del af centralnervesystemet. Disse kemoreceptorer er følsomme over for pH og niveauer af kulsyre i cerebrospinalvæsken. (De perifere kemoreceptorer er placeret i aortakropperne og carotidlegemerne ved siden af aortabuen og til bifurcationen af henholdsvis carotidarterierne. Disse kemoreceptorer er primært følsomme over for ændringer i partialtrykket af ilt i arterielt blod og er derfor ikke direkte involveret i pH-homeostase.)

de centrale kemoreceptorer sender deres information til åndedrætscentrene i medulla oblongata og Pons i hjernestammen. Åndedrætscentrene bestemmer derefter den gennemsnitlige ventilationshastighed for lungernes alveoler for at holde det partielle tryk kulsyre i det arterielle blod konstant. Åndedrætscentret gør det via motorneuroner, der aktiverer åndedrætsmusklerne (især membranen). En stigning i partialtrykket af kulsyre i arterielt blodplasma over 5,3 kPa (40 mmHg) forårsager refleksivt en stigning i hastigheden og dybden af vejrtrækningen. Normal vejrtrækning genoptages, når det delvise tryk af kulsyre er vendt tilbage til 5,3 kPa. Det omvendte sker, hvis det delvise tryk af kulsyre falder under det normale interval. Åndedræt kan midlertidigt standses eller bremses for at tillade kulsyre at akkumulere igen i lungerne og arterielt blod.

sensoren til plasmakoncentrationen HCO−
3 er ikke kendt med sikkerhed. Det er meget sandsynligt, at de renale rørformede celler i de distale indviklede tubuli selv er følsomme over for plasmaets pH. Metabolismen af disse celler producerer CO2, som hurtigt omdannes til H+ og HCO−
3 gennem virkningen af kulsyreanhydrase. Når de ekstracellulære væsker har tendens til surhed, udskiller de renale rørformede celler H+ – ionerne i den rørformede væske, hvorfra de forlader kroppen via urinen. HCO-
3-ionerne udskilles samtidigt i blodplasmaet, hvilket hæver bicarbonationskoncentrationen i plasmaet, sænker kulsyre/bicarbonationforholdet og følgelig hæver plasmaets pH. Det omvendte sker, når plasma-pH stiger over det normale: bicarbonationer udskilles i urinen og hydrogenioner i plasmaet. Disse kombineres med bicarbonationer i plasmaet for at danne kulsyre (H+ + HCO−
3 = H2CO3), hvilket hæver kulsyre:bicarbonatforholdet i de ekstracellulære væsker og returnerer dets pH til normal.

generelt producerer metabolisme flere affaldssyrer end baser. Urinen er derfor generelt sur. Denne urinsyreindhold neutraliseres til en vis grad af ammoniak (NH3), som udskilles i urinen, når glutamat og glutamin (bærere af overskydende, ikke længere nødvendige aminogrupper) deamineres af de distale renale tubulære epitelceller. Således ligger noget af” syreindholdet ” i urinen i det resulterende ammoniumionindhold (NH4+) i urinen, skønt dette ikke har nogen effekt på pH-homeostase af de ekstracellulære væsker.