Η Ρύθμιση της Οξύτητας στον Ανθρώπινο Οργανισμό. Μέρος Πρώτο. Τα Ρυθμιστικά Διαλύματα του οργανισμού
της Δήμητρας Σπανού χημικού, καθηγήτριας δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης 1ου Γυμνασίου Δάφνης
Η ανάγκη διατήρησης των εσωτερικών συνθηκών του οργανισμού σε ισοροπία
Κάθε οργανισμός λειτουργεί γενικά σε συνθήκες εσωτερικές Πίεση, θερμοκρασία, συγκεντρώσεις, οξύτητα, ώσμωση κ.α.)αλλά κυρίως εσωτερικές σχετικά περιορισμένες.
Στα εσωτερικά υγρά του ανθρώπινου οργανισμού, λέμφος, αίμα, πλάσμα εγκεφαλονωτιαίο κ.λ.π. μεγάλη σημασία έχει η οξύτητα του πλάσματος του αίματος και του υγρού των ιστών, να διατηρείται μεταξύ των τιμών PH από 7,35 έως 7,45 δηλαδή περιβάλλον ελαφρά αλκαλικό.
Σε αυτό το pH η συγκέντρωση του Η+ είναι περί τα 36 έως 44 nmol/lt.
Στο αρτηριακό αίμα το Ph είναι υψηλότερο από το ph στο φλεβικό αίμα κατα περίπου 2-3 εκατοστά της μονάδας (προφανώς λόγω της μεγαλύτερης περιεκτικότητας CO2 στο φλεβικό αίμα.
Τα όρια της ζωής για το PH είναι από 6,7 έως 7,9. Στο πλάσμα του αίματος η συγκέντρωση του Η+ είναι από τα 16 έως 160 nmol/lt είναι συμβατά με την ζωή.
Πως επιρρεάζεται το ph στον οργανισμό
Ακόμη και μικρές διακυμάνσεις στο ph μπορεί να επιρρεάσουν την δραστηριότητα των κυτταρικών ενζύμων και άλλες κυτταρικές λειτουργείες.
Το PH όμως μπορεί να επιρρεάζεται από λειτουργίες του οργανισμού όπως η γλυκόλυση, η λιπόλυση και η παραγωγή ουρίας.
Κατά τον μεταβολισμό παράγονται οξέα και βάσεις που θα μπορούσαν να μεταβάλλουν το PH .
Τα οξέα που παράγονται κατά τον μεταβολισμό είναι: ανθρακικό, πυροσταφθλικό, γαλακτικό, θειικό, κετοξέα, φωσφορικό, ουρικό, οξαλικό κ.λ.π.
Η πλήρης οξείδωση των λιπών και των υδατανθράκων αποδίδει στον οργανισμό, διοξείδιο του άνθρακα. Καθημερινά παράγονται 16000 έως 22000 nmol/lt CO2 που αποβάλλονται από τους πνεύμονες με την αναπνευστική διαδικασία
Μέσω της αναπνευστικής διαδικασίας, ρυθμίζεται η Μερική Πίεση του διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα, με στόχο να ισορροπήσει η συγκέντρωση των Η+.
Ακόμη από τον μεταβολισμό των πρωτεινών παράγονται καθημερινά, 50 έως 100 mmol σταθερών (όχι πτητικών) οξέων, που αποβάλλονται από τους νεφρούς
Άλλοι τρόποι που μπορουν να μεταβάλουν την οξύτητα στον οργανισμό είναι η εισαγωγή ουσιών ή σε άλλες περιπτώσεις η υπερβολική αποβολή ουσιών από τον οργανισμό (με τον εμετό και υπέρπνοια αποβοβάλονται οξέα και με την διάρροια για αποβαλονται αλκάλια).
Πως εξασφαλίζεται η διατήρηση της κανονικής οξύτητας στα υγρά του οργανισμού
Η διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας στον οργανισμό, εξασφαλίζεται με τα ρυθμιστικά διαλύματα του οργανισμού, με την αναπνευστική λειτουργία και με την νεφρική λειτουργία του
Τα κυριότερα οξέα του οργανισμού είναι το ανθρακικό οξύ, το φωσφορικό οξύ, το γαλακτικό οξύ και το πυροσταφυλικό οξύ
Βάσεις θεωρούνται ουσίες που δέχονται πρωτόνια και οι κυριότερες βάσεις στον οργανισμό είναι κυρίως τα διττανθρακικά HCO3- και τα διφωσφορικά HPO4-2
Τα ρυθμιστικά διαλύματα του ανθρώπινου Οργανισμού : Η άμεση αντιμετώπιση της οξεοβασικής διαταρραχής
Ρυθμιστικά διαλύματα ορίζονται τα διαλύματα που ανθίστανται στην μεταβολή του Ph όταν για διάφορους λόγους αυξάνει στο διάλυμα η συγκέντρωση οξέων ή βάσεων. Τις περισσότερες φορές τα ρυθμιστικά διαλύματα αποτελούνται από ένα ασθενές οξύ και την συζυγή του βάση, παράδειγμα το διάλυμα που περιέχει οξικό οξύ και οξικό νάτριο δίνει το ρυθμιστικό ζευγάρι CH3COOH/CH3COO-. (βλέπε)
Τα ρυθμιστικά διαλύματα του οργανισμού μπορεί να περιλαμβάνουν ασθενή οξέα όπως το φωσφορικό , το οξικό κ.α. ή και ασθενείς βάσεις όπως η αμμωνία , πυριδίνη κ.α. Σε περίπτωση που στον οργανισμό αυξάνινται υπερβολικά τα οξέα, εξουδετερώνονται από την συζυγή βάση του συστήματος του ρυθμιστικού, ενώ αν έχουμε αύξηση της αλκαλικότητας η περίσσεια των βάσεων εξουδετερώνεται από το ασθενές οξύ.
H σύσταση και η αναλογία του ρυθμιστικού βρίσκεται από την εξίσωση henderson hasselbalch για Ph μεταξύ 7,35 με 7,45
και pk ανάλογη της αντίδρασης της Χημικής ισορροπίας
Η αναλογία και η σύσταση των ρυθμιστικών διαλυμάτων του οργανισμού πρέπει να παραμένουν σταθερές ώστε να επιτελείται ο σκοπός του. Εάν αλλάξει η σύσταση αυτή, υπάρχουν εσωτερικοί μηχανισμοί αναγέννησης ή αποκατάστασής του.
Οι μηχανισμοί αυτοί είναι συνήθως η λειτουργία του αναπνευστικού και των νεφρών.
Τα κανονικά ρυθμιστικά διαλύματα στον οργανισμό είναι
1. Το σύστημα των ανθρακικών H2CO4/NaHCO3 με φυσιολογική σχέση οξέος προς το άλας 1/20 Είναι το κυριότερο ρυθμιστικό του εξωκυττάριου χώρου και το PH που αναπτύσσεται είναι 7,40
Αν πρόκειται να εξουδετερώσει οξέα, π.χ. το γαλακτικό τότε έχουμε
CH3CH(OH)COOH + NaHCO3 <--> CH3CH(0H)COONa + H2CO3
Η ελάττωση του NaHCO3 και η αύξηση του H2CO3 δεν μεταβάλλουν αισθητά το PH γιατί το οξύ είναι ασθενές και εξ άλλου διασπάται σε CO2 που αποβάλλεται από τους πνεύμονες
Αν πρόκειται να εξουδετερωθούν βάσεις τότε
H2CO3 +NaOH <--> NaHCO3 + H2O
Η περίσσεια της βάσης αποβάλλεται από τους νεφρούς και το H2CO3 που καταναλώθηκε, αντικαθιστάται από το CO2 που υπάρχει διαλυμένο και το νερό.
2. Το σύστημα των όξινων φωσφορικών αλάτων NaH2PO4-/NaHPO4-2 με φυσιολογική σχέση όξινου προς δισόξινο φωσφορικό 1/4. Αποτελεί το κυριότερο ρυθμιστικό σύστημα του ενδοκυττάριου χώρου και το PH
Τα οξέα εξουδετερώνονται από το Να2ΗΡΟ4- και οι βάσεις από το Να2Ρ2Ο4-2
Οι μεταβολές που προκαλούνται στο ρυθμιστικό από τις εξουδετερώσεις αποκαθίστανται με την νεφρική λειτουργία
3. Τα συστήματα πρωτεινών και αλάτων τους με μέταλλα όπως το Σύστημα αιμοσφαιρίνης /καλιοαιμοσφαιρίνης
Στα διάφορα βιολογικά συστήματα υπάρχουν διαλυμένες πρωτείνες καθώς και διάφορες άλλες οργανικές ουσίες και ανόργανα άλατα πολλά από τα οποία μπορούν να δρουν σαν ρυθμιστικά συστήματα.
Το σύστημα Αιμοσφαιρίνη/ καλιοαιμοσφαιρίνη (Hb/KHb) ενώ δεν λειτουργεί άμμεσα επιρρεάζει όμως σε συνεργασία με το σύστημα των ανθρακικών ως εξής:
Το CO2 που σχηματίζεται από την εξουδετέρωση οξέων από το σύστημα των ανθρακικών άφού ενυδατώνεται προς Η2CO3 και στη συνέχεια αντιδρά προς με την KHb και σχηματίζει ΚΗCO3 που αποδίδει το ΗCO3- στο πλάσμα για να αναπληρώσει αυτό που καταναλώθηκε.
Τα κανονιστικά συστήματα φωσφορικών και πρωτεινών βρίσκονται κυρίως μέσα στα κύτταρα και σε αυτά οφείλεται το 50% έως 75% της εξουδετερωτικής ικανότητας των κανονιστικών διαλυμάτων του οργανισμού.
Στην διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας συμμετέχουν επίσης σημαντικό ποσό από κατιόντα (κυρίως νατρίου) που βρίσκονται χαλαρά συνδεδεμένα στα οστά. Αυτά ανταλλάσσονται με ιόντα υδρογόνου και αντίστροφα και με αυτόν τον τρόπο συμβάλλουν στη διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας για ολόκληρο τον οργανισμό.
Η υποστήριξη της δράσης των ρυθμιστικών διαλυμάτων του οργανισμού
Δυο οργανικοί μηχανισμοί που τα διατηρούν στα φυσιολογικά τους όρια
1. Η λειτουργία του αναπνευστικού Συστήματος
Ενώ η εξουδετέρωση των οξέων επιτυγχάνεται με τα ρυθμιστικά των ανθρακικών, και το PH ελάχιστα επιρρεάζεται λόγω του ρυθμιστικού. Όμως,
χρειάζεται η αποβολή του πλεονάζοντος Η2CO3 που παράγεται που γίνεται μέσω της αναπνοής.
Εάν εξουδετερωθούν οξέα από το σύστημα ανθρακικών,το Η2CO3 που παράγεται διασπάται σε CO2 που
καταλήγει στο αίμα . Η μερική πίεση του CO2 στο αίμα αυξάνει, με συνεπεια η αύξηση αυτή να μεταφέρεται μέσω ανιχνευτων του νευρικού στο ΚΝΣ και από αυτό να ρυθμίζεται η αναπνευστική λειτουργία που να γίνεται πιο έντονη, έως ότου αποβληθεί η περίσσεια του διοξειδίου από τους πνεύμονες και η μερική πίεση του CO2 να πέσει ξανά στο φυσιολογικό που είναι 40mmHg και η σχέση του ρυθμιστικού των ανθρακικών στην αρχική τιμή 1/20. Η απόλυτες ποσότητες του οξέος και του άλατος του ρυθμιστικού αποκαθίσταται στα νεφρά.
Εάν εξουδετερωθούν βάσεις παράγεται επιπλέον NaHCO3 . Το PH ελάχιστα αυξάνεται. Χρειάζεται όμως να αυξηθεί η ποσότητα του H2CO3. Αυτό γίνεται με τον υποαερισμό των πνευμόνων και την κατακράτηση του διοξειδίου του άνθρακα που μετατρέπεται σε H2CO3 και έτσι αποκαθίσταται η ισορροπία
2. Η νεφρική λειτουργία
Το πρόβλημα της υπερβολικής συγκέντρωσης οξέων στον οργανισμό
Η περίσσεια των άλλων οξέων εκτός του ανθρακικού και των βάσεων εξουδετερώνεται από το ρυθμιστικό των ανθρακικών και ιδίως από το
NaHCO3. Τα οξέα μετατρέπονται σε άλατα με νάτριο. Έχει σημασία τα ρυθμιστικά διαλύματα του οργανισμού να ανανεώνονται και να διατηρούνται σε φυσιολογικά επίπεδα. Στα νεφρά αυτό γίνεται με ιοντοανταλαγή κυρίως με την βοήθεια των Η+ που παράγονται διαρκώς στον τοίχωμα του εγγύς εσπειραμένου σωληναρίου.
Πως γίνεται αυτό;
1. Στα νεφρά σε μια περιοχή τους παράγεται διαρκώς H2CO3 από την ενυδάτωση του CO2 -με την συμβολή του ενζύμου καρβοξυλάση- που διασπάται σε HCO3- και Η+.
- Το Η+ αντικαθιστά τα κατιόντα αλάτων ασθενών οξέων που καταυθάνουν στα νεφρά μέσω του αίματος, με αποτέλεσμα να παραμένουν τελικά ελεύθερα μέσα στα ούρα και να αποβάλλονται ευκολότερα (ούρα με PH <6)
2. Ένας άλλος τρόπος της αποβολής των πλεονάζοντων Η+ είναι μέσω της ΝΗ3 αφού μετατραπεί σε ΝΗ4+
- Το Η+ μετατρέπουν την αμμωνία ΝΗ3 σε ιόν αμμωνίου ΝΗ4+ Αυτό υποκαθιστά κατιόντα σε άλατα ισχυρών οξέων (Να2SO4, NaCl, ..) και τα μετατρέπει σε ευδιάλυτα αμμωνιακά άλατα που αποβάλλονται με τα ούρα.
- Υποκαθιστούν τα Να+ πλήρως στο ΝαΗCO3 και μερικώς στο Na2ΗPO4 που μετατρέπεται σε NaΗ2PO4
Το H2CO3 διασπάται σε HCO3- και Η+. Το Η+ αντικαθιστά το Να+ του NaHCO3 στον αυλό του σωληναρίου των νεφρών και σχηματίζεται πάλι το H2CO3. το δε Na+ εισέρχεται στο κύτταρα σχηματίζει με την HCO3- το NaHCO3 και στην συνέχεια φέρεται προς το αίμα.
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
ΕΠΙΤΟΜΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ Ι. Χατζημηνά
https://eclass.uoa.gr/modules/document/file.php/MED838/8ο%20ΕΞΑΜΗΝΟ%20ΟΞΕΟΒΑΣΙΚΗ%20ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ.pdf
https://www.ixek.gr/showArticle.asp?id=34
file:///C:/Users/USER/Documents/χημεια%20κ.λ.π/οξυτητα/IXEK.gr%20-%20Διαταραχές%20της%20οξεοβασικής%20ισορροπίας%20-%20Μ.%20Ελισάφ.html