نظام عازل البيكربونات

بحسب معادلة هندرسون-هاسلبالخ ، للحفاظ على درجة حموضة طبيعية تبلغ 7.4 في الدم (حيث تبلغ _قيمة pKa لحمض الكربونيك 6.1 عند درجة حرارة الجسم)، يجب الحفاظ باستمرار على نسبة 20:1 من البيكربونات إلى حمض الكربونيك؛ ويتم تحقيق هذا التوازن بشكل رئيسي بواسطة مستشعرات درجة الحموضة في النخاع المستطيل للدماغ، وربما في الكليتين ، والمرتبطة عبر حلقات تغذية راجعة سلبية بمؤثرات في الجهازين التنفسي والكلوي . ^{[ 9 ]} في دم معظم الحيوانات، يرتبط نظام البيكربونات العازل بالرئتين عبر التعويض التنفسي ، وهي العملية التي يتغير فيها معدل و/أو عمق التنفس للتعويض عن التغيرات في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الدم _. [ ^{10 ] وفقًا} لمبدأ لو شاتيليه ، يؤدي إطلاق _ثاني أكسيد الكربون من الرئتين إلى دفع التفاعل المذكور أعلاه نحو اليسار، مما يحفز إنزيم الأنهيدراز الكربوني على تكوين ثاني أكسيد الكربون _حتى يتم إزالة جميع البروتونات الزائدة. يتم تنظيم تركيز البيكربونات أيضًا عن طريق التعويض الكلوي ، وهي العملية التي تنظم بها الكلى تركيز أيونات البيكربونات عن طريق إفراز أيونات الهيدروجين ^في البول، وفي الوقت نفسه، إعادة امتصاص أيونات البيكربونات ^في بلازما الدم، أو العكس ، اعتمادًا على ما إذا كان الرقم _{الهيدروجيني} للبلازما ينخفض ​​أو يرتفع، على التوالي. ^{[ 11 ]}

يمكن استخدام نسخة معدلة من معادلة هندرسون-هاسلبالخ لربط درجة حموضة الدم بمكونات نظام بيكربونات العازل: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle {\ce {pH}}={\textrm {p}}K_{a~{\ce {H_2CO_3}}}+\log \left({\frac {[{\ce {HCO_3^-}}]}{[{\ce {H_2CO_3}}]}}\right),}$

أين:

• pKaH2CO3 هو _{اللوغاريتم} السالب (الأساس 10) _{لثابت تفكك حمض} الكربونيك . وهو يساوي 6.1 _.
• [HCO ⁻ ₃ ] هو تركيز البيكربونات في الدم
• [H ₂ CO ₃ ] هو تركيز حمض الكربونيك في الدم

عند وصف غازات الدم الشرياني ، عادةً ما تُذكر معادلة هندرسون-هاسلبالخ بدلالة الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون (pCO2 ₎ ، بدلاً من تركيز حمض الكربونيك (H2CO3 ) _{. ومع} ذلك، ترتبط هاتان الكميتان بالمعادلة التالية: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle [{\ce {H_{2}CO_{3}}]=k_{\ce {H~CO_{2}}}\times p_{\ce {CO_{2}}},}$

أين:

• [H ₂ CO ₃ ] هو تركيز حمض الكربونيك في الدم
• k _{H CO 2} ثابت يتضمن ذوبانية ثاني أكسيد الكربون في الدم. قيمة k _{H CO 2} تقريبًا هي 0.03 ( مليمول / لتر )/ ملم زئبق
• pCO2 هو الضغط الجزئي لثاني _أكسيد الكربون _في الدم

يؤدي الجمع بين هذه المعادلات إلى المعادلة التالية التي تربط درجة حموضة الدم بتركيز البيكربونات والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle {\ce {pH}}=6.1+\log \left({\frac {[{\ce {HCO_3^-}}]}{0.0307\times p_{{\ce {CO_2}}}}\right),}$

أين:

• الرقم الهيدروجيني هو درجة الحموضة في الدم
• [HCO ⁻ ₃ ] هو تركيز البيكربونات في الدم، بوحدة مليمول / لتر
• pCO2 هو الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم، بوحدة مليمتر زئبقي (mmHg _{) .}

يمكن تعديل معادلة هندرسون-هاسلبالخ، المشتقة من قانون فعل الكتلة ، فيما يتعلق بنظام بيكربونات العازل للحصول على معادلة أبسط توفر تقريبًا سريعًا لتركيز H ⁺ أو HCO ⁻ ₃ دون الحاجة إلى حساب اللوغاريتمات: ^{[ 7 ]}

${\displaystyle K_{a,{\ce {H_2CO_3}}}={\frac {[{\ce {HCO_3^-}}][{\ce {H^+}}]}{[{\ce {H_2CO_3}}]}}}$

بما أن قياس الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون أسهل بكثير من قياس ضغط حمض الكربونيك، يُستخدم ثابت ذوبانية قانون هنري - الذي يربط الضغط الجزئي للغاز بذوبانيته - لثاني أكسيد الكربون _في البلازما بدلاً من تركيز حمض الكربونيك. بعد حساب تركيز أيونات الهيدروجين (H ⁺⁾ وتطبيق قانون هنري، تصبح المعادلة كما يلي: ^{[ 13 ]}

${\displaystyle [{\ce {H^+}}]={\frac {K'\cdot 0.03p_{{\ce {CO_2}}}}{[{\ce {HCO_3^-}}]}},}$

حيث K ' هو ثابت تفكك حمض الكربونيك، والذي يساوي 800 نانومول/لتر (لأن K ' = 10 ^{−p Ka _{H 2 CO 3}} = 10 ^−(6.1) ≈ 8.00×10 ⁻⁷ مول/لتر = 800 نانومول/لتر).

بعد ضرب الثوابت (800 × 0.03 = 24) وحل المعادلة لإيجاد قيمة HCO ⁻ ₃ ، يتم تبسيط المعادلة إلى:

${\displaystyle [{\ce {HCO_3^-}}]=24{\frac {p_{{\ce {CO_2}}}}{[{\ce {H^+}}]}}}$

أين:

• [H ⁺يمثل تركيز أيون الهيدروجين في الدم، بوحدة نانومول / لتر
• [HCO ⁻ ₃ ] هو تركيز البيكربونات في الدم، بوحدة مليمول / لتر
• pCO2 هو الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم، بوحدة مليمتر زئبقي (mmHg _{) .}

تتميز الدموع عن سوائل الجسم الأخرى بتعرضها للبيئة. ومثلها مثل سوائل الجسم الأخرى، يُحافظ على درجة حموضة الدموع ضمن نطاق ضيق بفضل نظام بيكربونات الصوديوم. ^{[ 15 ]} تتغير درجة حموضة الدموع خلال ساعات اليقظة، حيث ترتفع بمقدار 0.013 وحدة حموضة/ساعة تقريبًا، إلى أن تؤدي فترة إغلاق العينين المطولة إلى انخفاضها مجددًا. ^{[ 15 ]} تتراوح درجة حموضة الدموع لدى معظم الأفراد الأصحاء بين 7.0 و7.7، حيث يكون تأثير بيكربونات الصوديوم هو الأهم، ولكن توجد أيضًا بروتينات ومكونات أخرى مُنظِّمة للحموضة تعمل خارج هذا النطاق. ^{[ 15 ]}