Kislota-asosli gomeostaz - Acid–base homeostasis

Kislotalar va asoslar
Sirka kislotasining suvli eritmadagi atsetat va gidroniy ionlariga dissotsilanishining diagramma asosida tasviri.
Kislota turlari
Asosiy turlari

Kislota-asosli gomeostaz bo'ladi gomeostatik tartibga solish pH ning tana hujayradan tashqari suyuqlik (ECF).[1] Orasidagi to'g'ri muvozanat kislotalar va asoslar ECFdagi (ya'ni pH) normal uchun juda muhimdir fiziologiya tananing va uyali metabolizm.[1] Ning pH qiymati hujayra ichidagi suyuqlik va hujayradan tashqari suyuqlikni doimiy darajada ushlab turish kerak.[2]

Kabi ko'plab hujayradan tashqari oqsillar plazma oqsillari va membrana oqsillari tana hujayralar ular uchun juda sezgir uch o'lchovli tuzilmalar hujayradan tashqari pH ga.[3][4] Shuning uchun pH ni juda tor chegaralarda ushlab turish uchun qattiq mexanizmlar mavjud. Qabul qilinadigan pH oralig'idan tashqarida, oqsillar bor denatura qilingan (ya'ni ularning 3 o'lchovli tuzilishi buzilgan), sabab bo'ladi fermentlar va ion kanallari (boshqalar qatorida) noto'g'ri ishlashga.

Odamlarda va boshqa ko'plab hayvonlarda kislota-asosli gomeostaz uchta himoya tizimida ishtirok etadigan ko'plab mexanizmlar yordamida saqlanadi:[5][6]

  • Birinchi himoya chizig'i turli xil kimyoviy vositalardir tamponlar aks holda ular yo'q bo'lganda yuzaga keladigan pH o'zgarishini minimallashtiradi. Ular pH sapmalarini to'g'irlamaydilar, aks holda sodir bo'ladigan o'zgarishlarni kamaytirishga xizmat qiladilar. Ushbu buferlarga quyidagilar kiradi bikarbonat bufer tizimi, fosfat tampon tizimi va oqsil bufer tizimi.[7]
  • Hujayra ichidagi suyuqlik pH ning ikkinchi himoya chizig'i ECFdagi karbonat kislota konsentratsiyasini boshqarishdan iborat. Bunga tezlik va chuqurlikning o'zgarishi bilan erishiladi nafas olish (ya'ni tomonidan giperventiliya yoki gipoventiliya ), zarur bo'lganda qon plazmasidagi karbonat angidrid gazini (va shu bilan karbonat kislota) puflaydi yoki ushlab turadi.[5][8]
  • Uchinchi himoya chizig'i buyrak tizimi, bu ECF ga yoki undan bikarbonat ionlarini qo'shishi yoki olib tashlashi mumkin.[5] Bikarbonat olingan metabolik tarkibidagi karbonat angidridga fermentativ ravishda aylanadigan karbonat angidrid buyrak naychali hujayralari.[5][9][10] Karbonat kislota o'z-o'zidan ajralib chiqadi vodorod ionlari va bikarbonat ionlariga aylanadi.[5] ECFdagi pH pasayishga moyil bo'lganda (ya'ni kislotali bo'lib qolsa) vodorod ionlari siydikka, bikarbonat ionlari esa qon plazmasiga chiqarilib, pH plazmasining ko'tarilishiga olib keladi (dastlabki tushishni to'g'irlaydi).[11] Aksincha, ECFdagi pH ko'tarilishga moyil bo'lsa sodir bo'ladi: bikarbonat ionlari siydikka, vodorod ionlari qon plazmasiga chiqariladi.

Fiziologik tuzatish choralari ikkinchi va uchinchi himoya chizig'ini tashkil etadi. Buning sababi shundaki, ular tamponlarga o'zgartirishlar kiritish orqali ishlaydi, ularning har biri ikkita komponentdan iborat: kuchsiz kislota va uning konjuge asos.[5][12] Bu eritmaning pH qiymatini aniqlaydigan kuchsiz kislotaning konjugat asosiga nisbati kontsentratsiyasi.[13] Shunday qilib, birinchi navbatda kuchsiz kislota konsentratsiyasini, ikkinchidan uning konjugat asosini konsentratsiyasini boshqarish orqali pH qiymati hujayradan tashqari suyuqlik (ECF) to'g'ri qiymatga juda to'g'ri sozlanishi. Aralashmasidan tashkil topgan bikarbonat tampon karbonat kislota (H2CO3) va a bikarbonat (HCO−
3) eritmadagi tuz, hujayradan tashqaridagi suyuqlikning eng ko'p tamponidir, shuningdek kislota va baz nisbati juda oson va tez o'zgarishi mumkin bo'lgan buferdir.[14]

An kislota-asos muvozanati sifatida tanilgan asidemiya kislotalik yuqori bo'lganda yoki ishqoriyemiya kislotalik past bo'lganda.

Kislota-asos balansi

The pH hujayradan tashqari suyuqlikning, shu jumladan qon plazmasi, odatda 7.32 va 7.42 orasida qat'iy tartibga solinadi,[15] tomonidan kimyoviy tamponlar, nafas olish tizimi, va buyrak tizimi.[12][16][17][18]

Suvli buferli eritmalar bilan reaksiyaga kirishadi kuchli kislotalar yoki kuchli asoslar ortiqcha narsani yutish orqali vodorod H+
 ionlari yoki gidroksidi OH−
 ionlari, kuchli kislota va asoslarni almashtirib kuchsiz kislotalar va zaif asoslar.[12] Bu pH o'zgarishi ta'sirini susaytiradi yoki aks holda sodir bo'lishi mumkin bo'lgan pH o'zgarishini kamaytiradi. Ammo tamponlar eritmadagi anormal pH darajasini to'g'irlay olmaydi, masalan probirkadagi yoki hujayradan tashqaridagi suyuqlikdagi eritma. Tamponlar odatda eritmadagi juft juftlardan iborat bo'lib, ulardan biri zaif kislota, ikkinchisi kuchsiz asosdir.[12] ECFdagi eng ko'p bufer karbonat kislota eritmasidan iborat (H2CO3) va bikarbonat (HCO−
3) odatda natriy (Na.) tuzi+).[5] Shunday qilib, qachon ortiqcha bo'lsa OH−
 karbonat kislota eritmasidagi ionlar qisman ularni H hosil qilib neytrallashtiradi2O va bikarbonat (HCO−
3) ionlari.[5][14] Xuddi shunday H ning ko'pligi+ ionlari qisman karbonat kislota hosil qilish uchun tampon eritmasining bikarbonat komponenti bilan zararsizlantiriladi (H2CO3), u kuchsiz kislota bo'lgani uchun asosan ajralib chiqmagan shaklda qoladi va undan kam H ni chiqaradi+ ionlari eritmasiga asl kuchli kislotadan ko'ra[5]

Bufer eritmaning pH qiymati faqat ga bog'liq nisbat ning molar kuchsiz kislotaning kuchsiz asosga kontsentratsiyasi. Eritmadagi kuchsiz kislota konsentratsiyasi (kuchsiz asos bilan taqqoslaganda) qancha yuqori bo'lsa, hosil bo'lgan eritmaning pH qiymati shunchalik past bo'ladi. Xuddi shunday, agar zaif tayanch ustun bo'lsa, hosil bo'lgan pH qancha yuqori bo'lsa.

Ushbu printsipdan foydalaniladi tartibga solish hujayradan tashqari suyuqliklarning pH qiymati (shunchaki emas) buferlash pH). Uchun karbonat kislota-bikarbonat tampon, kuchsiz kislotaning molar nisbati 1:20 ga teng bo'lsa, pH qiymati 7,4 ni hosil qiladi; va aksincha - hujayradan tashqaridagi suyuqliklarning pH qiymati 7,4 ga teng bo'lsa, u holda bu suyuqlikdagi karbonat kislotaning bikarbonat ionlariga nisbati 1:20 ga teng.[13]

Ushbu munosabatlar matematik tarzda Xenderson - Xasselbalx tenglamasi ga qo'llanilganda karbonat kislota-bikarbonat tampon tizimi hujayradan tashqari suyuqliklarda quyidagilar ta'kidlanadi:[13]

qaerda:
  • pH manfiy logaritma (yoki kologaritma ) ECFdagi vodorod ionlarining molyar konsentratsiyasi. Bu ECFdagi kislotalikni teskari usulda ko'rsatadi: pH qancha past bo'lsa, eritmaning kislotaligi shunchalik katta bo'ladi.
  • pKa H2CO3 ning kologaritmasi kislota dissotsilanish doimiysi ning karbonat kislota. Bu 6.1 ga teng.
  • [HCO−
    3    ]     ning molyar konsentratsiyasi bikarbonat qon plazmasida
  • [H2CO3] ning molyar konsentratsiyasi karbonat kislota ECFda.
Ammo, karbonat kislota konsentratsiyasi to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lgani uchun qisman bosim karbonat angidrid () hujayradan tashqari suyuqlikda tenglama bo'lishi mumkin quyidagi tarzda qayta yozilgan:[5][13]
qaerda:
  • pH oldingi kabi ECFdagi vodorod ionlarining molyar kontsentratsiyasining manfiy logarifmidir.
  • [HCO−
    3    ]     plazmadagi bikarbonatning molyar konsentratsiyasi
  • PCO2 bo'ladi qisman bosim ning karbonat angidrid qon plazmasida.

Shunday qilib hujayradan tashqari suyuqliklarning pH qiymatini karbonat angidridning qisman bosimini (karbonat kislota kontsentratsiyasini belgilaydigan) va hujayradan tashqari suyuqlikdagi bikarbonat ion konsentratsiyasini alohida tartibga solish orqali boshqarish mumkin.

Shuning uchun kamida ikkita gomeostatik mavjud salbiy teskari aloqa tizimlari pH plazmasining regulyatsiyasi uchun javobgardir. Birinchisi gomeostatik nazorat ning karbonat angidridning qonning qisman bosimi, bu plazmadagi karbonat kislota konsentratsiyasini aniqlaydi va bir necha soniya ichida arterial plazmaning pH qiymatini o'zgartirishi mumkin.[5] The karbonat angidridning qisman bosimi arterial qonda. tomonidan kuzatiladi markaziy xemoreseptorlar ning medulla oblongata va shunga o'xshash qism markaziy asab tizimi.[5][19] Ushbu xemoreseptorlar ta'sirchan pH va tarkibidagi karbonat angidrid darajasi miya omurilik suyuqligi.[13][11][19] (The periferik xemoreseptorlar da joylashgan aorta tanalari va karotis tanalari aorta kamariga va karotis arteriyalar bifurkatsiyasiga tegishlicha.[19] Ushbu xemoreseptorlar birinchi navbatda arterial qonda kislorodning qisman bosimining o'zgarishiga sezgir va shuning uchun pH gomeostaziga bevosita aloqasi yo'q.[19])

Markaziy xemoreseptorlar o'z ma'lumotlarini nafas olish markazlari medulla oblongatasida va ko'priklar ning miya sopi.[11] Keyin nafas olish markazlari ventilyatsiyaning o'rtacha tezligini aniqlaydi alveolalar ning o'pka, saqlash uchun arterial qon doimiy qismida qisman bosim karbonat angidrid. Nafas olish markazi buni amalga oshiradi vosita neyronlari faollashtiradigan nafas olish mushaklari (xususan diafragma ).[5][20] Arterial qon plazmasidagi karbonat angidridning qisman bosimining 5,3 kPa (40 mmHg) dan yuqori ko'tarilishi refleksli ravishda tezligi va chuqurligining oshishiga olib keladi. nafas olish. Karbonat angidridning qisman bosimi 5,3 kPa ga qaytganda normal nafas olish tiklanadi.[8] Aksincha, karbonat angidridning qisman bosimi normal darajadan pastga tushsa sodir bo'ladi. O'pka va arterial qonda karbonat angidrid gazining yana bir bor to'planib qolishi uchun nafas olish vaqtincha to'xtatilishi yoki sekinlashishi mumkin.

HCO plazmasi uchun sensor−
3 kontsentratsiya aniq ma'lum emas. Bu juda ehtimol buyrak ning quvurli hujayralari distal konvolutlangan tubulalar plazmaning pH qiymatiga sezgir. Ushbu hujayralarning metabolizmi CO hosil qiladi2, u tezda H ga aylanadi+ va HCO−
3 harakati orqali karbonat angidraz.[5][9][10] Hujayra tashqarisidagi suyuqliklar kislotalikka intilganda, buyrak naychali hujayralari H ni ajratib chiqaradi+ siydik orqali tanadan chiqadigan joydan naychali suyuqlikka ionlar. HCO−
3 ionlari bir vaqtning o'zida qon plazmasiga ajralib chiqadi, shu bilan plazmadagi bikarbonat ioni kontsentratsiyasini oshiradi, karbonat kislota / bikarbonat ionlarining nisbatlarini pasaytiradi va natijada plazmaning pH qiymatini oshiradi.[5][11] Aksincha, plazmadagi pH darajasi me'yordan oshganda sodir bo'ladi: bikarbonat ionlari siydikka, vodorod ionlari esa plazma ichiga chiqadi. Ular plazmadagi bikarbonat ionlari bilan birikib karbonat kislota hosil qiladi (H+ + HCO−
3 = H2CO3), shunday qilib karbonat kislota: hujayradan tashqari suyuqlikdagi bikarbonat nisbati va uning pH qiymatini normal holatga qaytarish.[5]

Umuman olganda, metabolizm asoslarga qaraganda ko'proq chiqindi kislotalarni ishlab chiqaradi.[5] Shuning uchun siydik odatda kislotali bo'ladi. Ushbu siydik kislotasi ma'lum darajada ammiak (NH) bilan zararsizlantiriladi3) qachon siydik bilan chiqariladi glutamat va glutamin (ortiqcha miqdordagi tashuvchilar, endi kerak emas, amino guruhlar) zararsizlangan tomonidan distal buyrak tubulasi epiteliyasi hujayralar.[5][10] Shunday qilib siydik tarkibidagi "kislota tarkibi" ning bir qismi hosil bo'lgan ammoniy ionida (NH) bo'ladi4+) siydik tarkibida, ammo bu hujayradan tashqaridagi suyuqliklarning pH gomeostaziga ta'sir qilmaydi.[5][21]

Balanssizlik

Shuningdek qarang: Kislota kislotasi gipotezasi
Kislota asosi nomogramma inson plazmasi uchun karbonat kislota (karbondioksidning qisman bosimi) yoki bikarbonat ortiqcha yoki plazmadagi etishmovchiligida pHga ta'sirini ko'rsatadigan

Kislota-asos muvozanati muhim haqorat qon pH qiymatining normal me'yordan (7,32 dan 7,42 gacha) o'tishiga olib kelganda paydo bo'ladi[15]). ECFdagi g'ayritabiiy past pH an deyiladi asidemiya va g'ayritabiiy yuqori pH an deyiladi ishqoriyemiya.

Ikkinchi juft atama kislota-asos patofiziologiyasida qo'llaniladi: "atsidoz" va "alkaloz". Ular ko'pincha "asidemiya" va "alkalemiya" sinonimlari sifatida ishlatiladi,[22] ammo bu chalkashlikka olib kelishi mumkin. "Asidemiya" ECF pH-ning haqiqiy o'zgarishini aniq anglatadi, "asidoz" esa, aniq aytganda, yoki ECFdagi karbonat kislota miqdorining ko'payishi yoki HCO miqdorining pasayishiga−
3 ECFda. Yoki o'zgarish bo'ladi o'z-o'zidan (ya'ni alkaloz bilan "kompensatsiya qilinmagan" bo'lsa) akidemiya keltirib chiqaradi.[22] Xuddi shunday alkaloz ECFdagi bikarbonat konsentratsiyasining ko'tarilishini anglatadi, yoki karbonat angidridning qisman bosimining pasayishiga, ikkalasi ham o'z-o'zidan ECF pH qiymatini normal qiymatdan oshiring.[22] Shartlar atsidoz va alkaloz belgisini bildiruvchi sifat bilan har doim malakali bo'lishi kerak sabab buzilishlar: "nafas olish" (karbonat angidridning qisman bosimining o'zgarishini ko'rsatuvchi),[23] yoki "metabolik" (ECF bikarbonat kontsentratsiyasining o'zgarishini ko'rsatuvchi).[5][24] Shuning uchun to'rt xil kislota-asos muammosi mavjud: metabolik atsidoz, nafas olish asidozi, metabolik alkaloz va nafas olish alkalozi.[5] Ushbu shartlarning biri yoki kombinatsiyasi bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin. Masalan, metabolik atsidoz (nazoratsiz bo'lgani kabi) qandli diabet ) deyarli har doim qisman nafas olish alkalozi bilan qoplanadi (giperventiliya) yoki nafas olish asidozi to'liq yoki qisman bo'lishi mumkin metabolik alkaloz bilan tuzatilgan.

Asidoz akidemiyani keltirib chiqaradimi yoki yo'qmi, unga hamroh bo'lgan alkalozning kattaligiga bog'liq. Agar biri boshqasini bekor qilsa (ya'ni nisbat karbonat kislota bikarbonatga 1:20 ga qaytariladi), unda na asidemiya, na alkalemiya mavjud.[5] Agar unga hamroh bo'ladigan alkaloz atsidozni engib chiqsa, u holda alkalemiya paydo bo'ladi; agar atsidoz alkalozdan katta bo'lsa, u holda akidemiya muqarrar natijadir. Xuddi shu mulohazalar alkaloz alkalemiyaga olib keladimi yoki yo'qligini aniqlaydi.

Ning normal pH qiymati homila kattalarnikidan farq qiladi. Xomilada pH qiymati kindik venasi pH qiymati odatda 7,25 dan 7,45 gacha va kindik arteriyasi odatda 7.18 dan 7.38 gacha.[25]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b Xamm, LL; Naxul, N; Xering-Smit, KS (2015 yil 7-dekabr). "Kislota asosidagi gomeostaz". Amerika Nefrologiya Jamiyatining Klinik jurnali. 10 (12): 2232–42. doi:10.2215 / CJN.07400715. PMC  4670772. PMID  26597304.
  2. ^ J., Tortora, Jerar (2012). Anatomiya va fiziologiya asoslari. Derrickon, Bryan. (13-nashr). Xoboken, NJ: Uili. 42-43 betlar. ISBN  9780470646083. OCLC  698163931.
  3. ^ Meyfild, Gari; Burke, Devid (1991). "Ixtiyoriy giperventiliya natijasida kelib chiqadigan paresteziya va tetaniya: teri va motor aksonlarining qo'zg'aluvchanligini oshiradi". Miya. 114 (1): 527–540. doi:10.1093 / miya / 114.1.527. PMID  2004255.
  4. ^ Strayer, Lyubert (1995). Biokimyo (To'rtinchi nashr). Nyu-York: W.H. Freeman and Company. 347, 348 betlar. ISBN  0-7167-2009-4.
  5. ^ a b v d e f g h men j k l m n o p q r s t siz v Silverthorn, Dee Unglaub (2016). Inson fiziologiyasi. Integratsiyalashgan yondashuv (Ettinchi, Global ed.). Xarlow, Angliya: Pirson. 607–608, 666–673-betlar. ISBN  978-1-292-09493-9.
  6. ^ Adroge, H. E.; Adroge, H. J. (aprel, 2001). "Kislota-asos fiziologiyasi". Nafas olishga yordam. 46 (4): 328–341. ISSN  0020-1324. PMID  11345941.
  7. ^ "184 26.4 KISLOZA BAZASI BALANSI | Anatomiya va fiziologiya | OpenStax". openstax.org. Olingan 2020-07-01.
  8. ^ a b MedlinePlus ensiklopediyasi: Metabolik atsidoz
  9. ^ a b Tortora, Jerar J.; Anagnostakos, Nikolas P. (1987). Anatomiya va fiziologiya tamoyillari (Beshinchi nashr). Nyu-York: Harper & Row, nashriyotlar. pp.581 –582, 675–676. ISBN  0-06-350729-3.
  10. ^ a b v Strayer, Lyubert (1995). Biokimyo (To'rtinchi nashr). Nyu-York: W.H. Freeman and Company. 39, 164, 630-61, 716-717-betlar. ISBN  0-7167-2009-4.
  11. ^ a b v d Tortora, Jerar J.; Anagnostakos, Nikolas P. (1987). Anatomiya va fiziologiya tamoyillari (Beshinchi nashr). Nyu-York: Harper & Row, nashriyotlar. pp.494, 556–582. ISBN  0-06-350729-3.
  12. ^ a b v d Tortora, Jerar J.; Anagnostakos, Nikolas P. (1987). Anatomiya va fiziologiya tamoyillari (Beshinchi nashr). Nyu-York: Harper & Row, nashriyotlar. pp.698–700. ISBN  0-06-350729-3.
  13. ^ a b v d e Bray, Jon J. (1999). Inson fiziologiyasi bo'yicha ma'ruza matnlari. Malden, Mass.: Blackwell Science. p. 556. ISBN  978-0-86542-775-4.
  14. ^ a b Garret, Reginald X.; Grisham, Charlz M (2010). Biokimyo. O'qishni to'xtatish. p. 43. ISBN  978-0-495-10935-8.
  15. ^ a b Diem, K .; Lentner, C. (1970). "Qon - noorganik moddalar". In: Ilmiy jadvallar (Ettinchi nashr). Bazle, Shveytsariya: CIBA-GEIGY Ltd. p. 527.
  16. ^ MedlinePlus ensiklopediyasi: Qon gazlari
  17. ^ Kerolin, Nensi (2013). Nensi Kerolaynga ko'chalarda shoshilinch yordam (7-nashr). Bufer tizimlari: Jones & Bartlett Learning. 347-349 betlar. ISBN  978-1449645861.
  18. ^ Xamm, L. Li; Naxul, Nozih; Xering-Smit, Ketlin S. (2015-12-07). "Kislota asosidagi gomeostaz". Amerika Nefrologiya Jamiyatining Klinik jurnali. 10 (12): 2232–2242. doi:10.2215 / CJN.07400715. ISSN  1555-905X. PMC  4670772. PMID  26597304.
  19. ^ a b v d J., Tortora, Jerar (2010). Anatomiya va fiziologiya tamoyillari. Derrickon, Bryan. (12-nashr). Xoboken, NJ: John Wiley & Sons. p. 907. ISBN  9780470233474. OCLC  192027371.
  20. ^ Levitskiy, Maykl G. (2013). O'pka fiziologiyasi (Sakkizinchi nashr). Nyu-York: McGraw-Hill Medical. p. 9-bob. Nafas olishni boshqarish. ISBN  978-0-07-179313-1.
  21. ^ Rouz, Berton; Helmut Rennke (1994). Buyrak patofiziologiyasi. Baltimor: Uilyams va Uilkins. ISBN  0-683-07354-0.
  22. ^ a b v Andertson, Duglas M. (2003). Dorlandning tasvirlangan tibbiy lug'ati (30-nashr). Filadelfiya PA: Sonders. 17, 49-betlar. ISBN  0-7216-0146-4.
  23. ^ Brandis, Kerri. Kislota-asos fiziologiyasi Nafas olishning atsidozi: ta'rifi. http://www.anaesthesiamcq.com/AcidBaseBook/ab4_1.php
  24. ^ Brandis, Kerri. Kislota-asos fiziologiyasi Metabolik atsidoz: ta'rifi. http://www.anaesthesiamcq.com/AcidBaseBook/ab5_1.php
  25. ^ Yeomans, ER; Xaut, JK; Gilstrap, LC III; Striklend DM (1985). "Umbilikal ichak pH, PCO2 va bikarbonat, tug'ruqdan keyingi asoratlanmagan muddat (146 ta chaqaloq)". Am J Obstet Gynecol. 151 (6): 798–800. doi:10.1016 / 0002-9378 (85) 90523-x. PMID  3919587.

Tashqi havolalar