Sistema tampó de bicarbonat

Àcit i Bases
Àcit i Bases
	Àcit; Reacció àcit-base; Força àcida; Funció d'acidea; Anfoterismo; Base; Solució tampó; Constant de dissociació; Química de l'equilibri; Extracció; Funció d'acidea d'Hammett; pH; Afinitat protónica; Autoionización de l'aigua; Titulació; Catálisis àcida de Lewis; Parell de Lewis frustrat; Àcit quiral de Lewis;
Tipos d'àcits
	Brønsted – Lowry; Lewis; Aceptador; Mineral; Orgànic; Fort; Superácido; Dèbil; Sòlit;
Tipos de bases
	Brønsted – Lowry; Lewis; Donant; Orgànica; Forta; Superbase; No nucleófila; Dèbil;

El sistema tampó de bicarbonat és un mecanisme homeostático àcit-base que involucra l'equilibri del àcit carbónico (

H_{2} C O_{3}

), ion bicarbonat

H C O_{3}^{-}

), i diòxit de carbono (

C O_{2}

) per a mantindre el pH en la sanc i el duodeno, entre atres teixits, per a recolzar la funció metabòlica adequada.^[1] Catalizado per l'anhidrasa carbónica, el diòxit de carbono (

C O_{2}

) reacciona en l'aigua (

H_{2} O

) per a formar àcit carbónico (

H_{2} C O_{3}

), que a la seua volta es disocia ràpidament per a formar un ion bicarbonat (

H C O_{3}^{-}

) i un ion hidrogen (

H^{+}

) com es mostra en la següent reacció:^[2]^[3]^[4]

C O_{2} + H_{2} O ⇄ H_{2} C O_{3} ⇄ H C O_{3}^{-} + H^{+}

De la mateixa manera que en qualsevol sistema tampó, el pH s'equilibra per la presència d'un àcit dèbil (per eixemple,

H_{2} C O_{3}

) i el seu base conjugada (per eixemple,

H C O_{3}^{-}

) per a que qualsevol excés d'àcit o base introduït en el sistema siga neutralisat.

Si este sistema no funciona correctament, es produïx un desequilibri àcit-base, com l'acidemia (pH <7.35) i l'alcalemia (pH> 7.45) en la sanc.^[5]

En l'equilibri sistémico àcit-base

En els teixits, la respiració celular produïx diòxit de carbono com a producte de rebuig; Com una de les funcions principals del sistema cardiovascular, la major part d'este $C O_{2}$ s'elimina ràpidament dels teixits per la seua hidratació al ion bicarbonat.^[6] El ion bicarbonat present en el plasma sanguíneu es transporta als pulmons, a on es deshidrata novament a $C O_{2}$ i es llibera durant la espiración. Estes conversió d'hidratació i deshidratació de $C O_{2}$ i $H_{2} C O_{3}$ , que normalment són molt llentes, són facilitades per la anhidrasa carbónica tant en la sanc com en el duodeno.^[7] Mentres està en la sanc, el ion bicarbonat servix per a neutralisar l'àcit introduït en la sanc a través d'atres processos metabòlics (per eixemple, àcit làctic, cossos de cetona); de la mateixa manera, qualsevol base (per eixemple, l'urea del catabolisme de les proteïnes) es neutralisa en àcit carbónico ( $H_{2} C O_{3}$ ).^[8]

Regulació

Segons lo calculat per l'equació de Henderson-Hasselbalch, per a mantindre un pH normal de 7.4 en la sanc (per lo que el pKa de l'àcit carbónico és 6.1 a temperatura fisiològica), deu mantindre's constantment un bicarbonat de 20: 1 a àcit carbónico; esta homeostasis està principalment mediada per sensors de pH en la mèdula oblonga del cervell i provablement en els renyons, vinculats a través de circuits de retroalimentación negativa a efectors en els sistemes respiratori i renal.^[9] En la sanc de la majoria dels animals, el sistema de tampó de bicarbonat s'acopla als pulmons a través de la compensació respiratòria, el procés per mig del qual la freqüència de la respiració canvia per a compensar els canvis en la concentració de $C O_{2}$ en la sanc.^[10] Segons el principi de li Chatelier, la lliberació de $C O_{2}$ dels pulmons espenta la reacció cap a l'esquerra, causant que la anhidrasa carbónica forme $C O_{2}$ fins que s'elimine tot l'excés d'àcit. La concentració de bicarbonat també està regulada encara més per la compensació renal, el procés pel qual els renyons regulen la concentració de ions bicarbonat per mig de la secreció de ions $H^{+}$ en l'orina mentres, al mateix temps, reabsorbe ions $H C O_{3}^{-}$ en el plasma sanguíneu, o viceversa, depenent de si el pH del plasma està aumentant o disminuint, respectivament.^[11]

Equació de Henderson-Hasselbalch

Es pot usar una versió modificada de l'equació de Henderson-Hasselbalch per a relacionar el pH de la sanc en els constituents del sistema de tampó bicarbonat:^[12]

p H = p K_{a H_{2} C O_{3}} + \log (\frac{[H C O_{3}^{-}]}{[H_{2} C O_{3}]}),

a on:

pK_{a H₂CO₃} és el logaritmo negatiu (base 10) de la constant de dissociació àcida del àcit carbónico. És igual a 6.1.
[ $H C O_{3}^{-}$ ] és la concentració de bicarbonat en la sanc
[ $H_{2} C O_{3}$ ] és la concentració d'àcit carbónico en la sanc

En descriure els gasos en sanc arterial, l'equació de Henderson-Hasselbalch generalment es va citar en térmens de pCO₂, la pressió parcial de diòxit de carbono, en lloc de $H_{2} C O_{3}$ _. No obstant, estes cantitats estan relacionades per l'equació:^[12]

[H_{2} C O_{3}] = k_{H C O_{2}} \times p_{C O_{2}},

a on:

[ $H_{2} C O_{3}$ ] és la concentració d'àcit carbónico en la sagne
k_{H CO₂} és una constant que inclou la solubilidad del diòxit de carbono en la sanc. k_{H CO ₂} és aproximadament 0.03 (mmol/L )/mmHg
p_CO₂ és la pressió parcial del diòxit de carbono en la sanc.

En conjunt, es pot usar la següent equació per a relacionar el pH de la sanc en la concentració de bicarbonat i la pressió parcial de diòxit de carbono:^[12]

p H = 6.1 + \log (\frac{[H C O_{3}^{-}]}{0.0307 \times p_{C O_{2}}}),

a on:

El pH és l'acidea en la sanc.
[ $H C O_{3}^{-}$ ] és la concentració de bicarbonat en la sanc, en mmol/L
p _CO₂ és la pressió parcial del diòxit de carbono en la sanc, en mmHg

Derivació de l'aproximació de Kassirer-Bleich

L'equació de Henderson-Hasselbalch, que es deriva de la llei d'acció de masses, pot modificar-se sobre el sistema de búfer de bicarbonat per a obtindre una equació més simple que proporciona una aproximació ràpida de el

H^{+}

o

H C O_{3}^{-}

concentracions sense necessitat de calcular logaritmos:^[7]

K_{a, H_{2} C O_{3}} = \frac{[H C O_{3}^{-}] [H_{3} O^{+}]}{[H_{2} C O_{3}]}

ya que la pressió parcial de diòxit de carbono és molt més fàcil d'obtindre a partir de la medició d'àcit carbónico, la constant de solubilidad de la llei d'Henry - que relaciona la pressió parcial d'un gas al seu solubilidad - per a

C O_{2}

en el plasma s'utilisa en lloc de la concentració d'àcit carbónico. Despuix de reorganisar l'equació i aplicar la llei d'Henry, l'equació es convertix en:^[13]

[H^{+}] = \frac{K^{'} \cdot 0.03 p_{C O_{2}}}{[H C O_{3}^{-}]},

a on K' és la constant de dissociació de la pK_a de l'àcit carbónico, 6.1, que és igual a 800 nmol/L (ya que K' = 10^−pKa = 10^-(6.1) ≈ 8.00X10⁻⁰⁷ mol/L = 800nmol/L). En multiplicar K' (expressat com nmol/L) i 0.03 (800 X 0.03 = 24) i reorganisar sobre

H C O_{3}^{-}

, l'equació se simplifica a:

[H C O_{3}^{-}] = 24 \frac{p_{C O_{2}}}{[H^{+}]}

En atres teixits

El sistema tampó de bicarbonat també eixercita un paper vital en atres teixits. En l'estòmec i el duodeno humans, el sistema de tampó bicarbonat servix tant per a neutralisar l'àcit gàstric com per a estabilisar el pH intracelular de les cèlules epiteliales a través de la secreció del ion bicarbonat en la mucosa gàstrica.^[1] En pacients en úlceres duodenals, l'erradicació de Helicobacter pylori pot restaurar la secreció de bicarbonat de la mucosa i reduir el risc de recurrencia de l'úlcera.^[14]

Referències

↑ ^1,0 ^1,1 Journal of Pharmaceutical Sciences.103(11)
3473–3490.ISSN 1520-6017.doi:10.1002/jps.24108.
↑ Oxtoby, David W.; Gillis, {{{nom2}}} (2015). «Acid-base equilibria», Principles of Modern Chemistry, 8 edició, Boston, MA: Cengage Learning, pp. 611–753. ISBN 978-1305079113.
↑ Widmaier, Eric; Raff, {{{nom2}}}; Strang, {{{nom3}}} (2014). «The kidneys and regulation of water and inorganic ions», Vander's Human Physiology, 13 edició, New York, NY: McGraw-Hill, pp. 446–489. ISBN 978-0073378305.
↑ The Journal of Physiology.80(2)
113–142.ISSN 0022-3751.doi:10.1113/jphysiol.1933.sp003077.
↑ Rhoades, Rodney A.; Bell, {{{nom2}}} (2012). Medical physiology : principles for clinical medicine, 4th ed., International edició, Philadelphia, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9781451110395.
↑ al.], David Sadava ... [et; Bell, {{{nom2}}} (2014). Life : The Science of Biology, 10th edició, Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 9781429298643.
↑ ^7,0 ^7,1 Canadian Medical Association Journal.120(2)
173–182.ISSN 0008-4409.
↑ Nelson, David L.; Cox, {{{nom2}}}; Lehninger, {{{nom3}}} (2008). Lehninger Principles of Biochemistry, 5th edició, New York: W.H. Freeman. ISBN 9781429212427.
↑ (2003) Johnson (ed.). Essential medical physiology, 3rd edició, Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 9780123875846.
↑ (1974).The American Journal of Medicine.57(3)
361–370.doi:10.1016/0002-9343(74)90131-4.
↑ Advances in Physiology Education.33(4)
275–281.ISSN 1043-4046.doi:10.1152/advan.00054.2009.
↑ ^12,0 ^12,1 ^12,2 page 556, section "Estimating plasma pH" in: Bray, John J. (1999). Lecture notes on human physiology, Malden, Mass.: Blackwell Science. ISBN 978-0-86542-775-4.
↑ Journal of the American College of Emergency Physicians.8(11)
462–466.doi:10.1016/S0361-1124(79)80061-1.
↑ (1996).Gastroenterology.110(3)
705–716.doi:10.1053/gast.1996.v110.pm8608879.

Este artícul conté una traducció derivada de «Sistema tampón de bicarbonat» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[:0-1] 1,0 ^1,1 Journal of Pharmaceutical Sciences.103(11)
3473–3490.ISSN 1520-6017.doi:10.1002/jps.24108.

[Oxtoby_2015-2] Oxtoby, David W.; Gillis, {{{nom2}}} (2015). «Acid-base equilibria», Principles of Modern Chemistry, 8 edició, Boston, MA: Cengage Learning, pp. 611–753. ISBN 978-1305079113.

[Widmaier_2013-3] Widmaier, Eric; Raff, {{{nom2}}}; Strang, {{{nom3}}} (2014). «The kidneys and regulation of water and inorganic ions», Vander's Human Physiology, 13 edició, New York, NY: McGraw-Hill, pp. 446–489. ISBN 978-0073378305.

[4] The Journal of Physiology.80(2)
113–142.ISSN 0022-3751.doi:10.1113/jphysiol.1933.sp003077.

[5] Rhoades, Rodney A.; Bell, {{{nom2}}} (2012). Medical physiology : principles for clinical medicine, 4th ed., International edició, Philadelphia, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9781451110395.

[6] .], David Sadava ... [et; Bell, {{{nom2}}} (2014). Life : The Science of Biology, 10th edició, Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 9781429298643.

[:1-7] 7,0 ^7,1 Canadian Medical Association Journal.120(2)
173–182.ISSN 0008-4409.

[8] Nelson, David L.; Cox, {{{nom2}}}; Lehninger, {{{nom3}}} (2008). Lehninger Principles of Biochemistry, 5th edició, New York: W.H. Freeman. ISBN 9781429212427.

[9] (2003) Johnson (ed.). Essential medical physiology, 3rd edició, Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 9780123875846.

[10] (1974).The American Journal of Medicine.57(3)
361–370.doi:10.1016/0002-9343(74)90131-4.

[11] Advances in Physiology Education.33(4)
275–281.ISSN 1043-4046.doi:10.1152/advan.00054.2009.

[Bray1999-12] 12,0 ^12,1 ^12,2 page 556, section "Estimating plasma pH" in: Bray, John J. (1999). Lecture notes on human physiology, Malden, Mass.: Blackwell Science. ISBN 978-0-86542-775-4.

[13] Journal of the American College of Emergency Physicians.8(11)
462–466.doi:10.1016/S0361-1124(79)80061-1.

[14] (1996).Gastroenterology.110(3)
705–716.doi:10.1053/gast.1996.v110.pm8608879.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]