Tampon Sistemleri ve Henderson-Hasselbalch
Tampon, asit veya baz eklendiğinde hidrojen iyonlarını geri dönüşümlü olarak bağlayarak veya salarak pH değişikliklerine direnen bir çözeltidir. Vücut sıvıları bu tür çeşitli sistemleri içermektedir ve bir tampon çifti ile ortaya çıkan pH arasındaki ilişki, asit-baz durumunun standart tanımının temelini oluşturan Henderson-Hasselbalch denklemi ile açıklanmaktadır.
Tanım
Fizyolojik bir tampon, hidrojen iyonu konsantrasyonundaki değişimi en aza indiren bir konjuge zayıf asit ve zayıf baz çiftidir; Henderson-Hasselbalch denklemi, böyle bir sistemin pH'ını, bazın asit formuna oranının ve sistemin ayrışma sabitinin bir fonksiyonu olarak ifade etmektedir.
Kapsam
Bu konu, tamponlamanın kimyasal prensibini, başlıca fizyolojik tampon sistemlerini (bikarbonat, fosfat, proteinler ve hemoglobin), bikarbonat sistemine uygulanan Henderson-Hasselbalch denklemini ve açık bikarbonat-karbondioksit sisteminin vücudun en önemli tamponu olma nedenini kapsamaktadır. Konu, klinik rehberlikten ziyade temel fizyoloji olarak sunulmaktadır.
Temel sorular
- Bir çözeltiyi tampon olarak işlev görmesini sağlayan nedir ve kapasitesini ne belirler?
- Bikarbonat-karbondioksit çifti, elverişsiz bir ayrışma sabitine rağmen neden baskın hücre dışı tampondur?
- Henderson-Hasselbalch denklemi pH'ı bikarbonat ve karbondioksit gerilimiyle nasıl ilişkilendirir?
- Fosfat, protein ve hemoglobin tamponları hangi rolleri oynamaktadır?
Anahtar kavramlar
- Konjuge asit-baz çifti
- Tamponlama kapasitesi
- Ayrışma sabiti (pKa)
- Açık ve kapalı tampon sistemleri
- Bikarbonat-karbondioksit tamponu
- Fosfat ve protein tamponları
- İzohidrik prensip
Temel kuramlar
- Henderson-Hasselbalch ilişkisi
- pH'ı, tamponun ayrışma sabiti artı konjuge bazın aside oranının logaritması olarak ifade etmektedir; bikarbonat sistemine uygulandığında, arteriyel pH'ı bikarbonat konsantrasyonunun karbondioksit gerilimine oranına bağlamaktadır.
Mekanizmalar
Bir tampon çifti, eklenen hidrojen iyonlarının baz formu tarafından alınması ve asit formuyla birleşerek uzaklaştırılması nedeniyle pH değişimine direnç göstermektedir; en yüksek kapasite ayrışma sabiti yakınında gözlenmektedir. Bikarbonat sisteminin ayrışma sabiti normal kan pH'ının oldukça altında olmasına rağmen, fizyolojik olarak baskın konumdadır çünkü açık bir sistemdir: akciğerler üretilen karbondioksiti sürekli olarak uzaklaştırmakta ve böbrekler bikarbonatı yeniden üretmektedir, bu nedenle iki bileşen bağımsız olarak düzenlenmekte ve sistem tükenmemektedir. Fosfat tamponlaması hücre içinde ve tübüler sıvıda daha önemliyken, plazma proteinleri ve hemoglobin önemli hücre içi ve kan tamponlaması sağlamaktadır; izohidrik prensibe göre bir kompartmandaki tüm tamponlar aynı hidrojen iyonu konsantrasyonunu paylaşmaktadır, bu nedenle bir çiftin ölçülmesi tüm sistemi yansıtmaktadır.
Klinik önem
Henderson-Hasselbalch ilişkisi, arteriyel kan gazı sonuçlarının yorumlanmasının temelini oluşturmaktadır ve tamponlamanın anlaşılması, büyük asit veya baz yüklerine rağmen pH'ın neden korunabildiğini açıklamaktadır. Bu madde, temel kimyayı ve fizyolojiyi tanımlamakta olup, klinik kararlar için bir temel teşkil etmemektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Tamponlama prensipleri ve Henderson-Hasselbalch denklemi, derlemelerde ve metinlerde (Hamm ve arkadaşları, 2015; Berend ve arkadaşları, 2014) tutarlı bir şekilde açıklanan standart, iyi yerleşmiş fizyolojidir; Stewart fizyokimyasal çerçevesi, hidrojen iyonu konsantrasyonunu neyin belirlediğine dair alternatif, güçlü iyonlara dayalı bir açıklama sunmaktadır (Story, 2016).
Tarihçe
Lawrence Henderson, yirminci yüzyılın başlarında kanın karbonik asit dengesini tanımlamış ve Karl Hasselbalch bunu logaritmik (pH) formda yeniden ifade ederek denkleme ortak adını vermiştir. Bikarbonat merkezli tampon modeli standart açıklama haline gelmiştir; Peter Stewart daha sonra hidrojen iyonu konsantrasyonunun, güçlü iyonlar, zayıf asitler ve karbondioksit tarafından belirlenen bağımlı bir değişken olarak daha iyi anlaşılabileceğini savunmuştur.
Tartışmalar
- Bikarbonat, pH'ın bağımsız bir belirleyicisi mi yoksa bağımlı bir değişken midir?
- Geleneksel görüş, bikarbonatı pH'ı ayarlamaya yardımcı olan düzenlenmiş bir tampon olarak ele alırken, Stewart çerçevesi bikarbonatı (pH gibi) güçlü iyon farkına, toplam zayıf aside ve karbondioksit gerilimine bağımlı olarak kabul etmektedir; her iki yaklaşım da aynı ölçümleri farklı şekillerde tanımlamaktadır.
Öne çıkan isimler
- Lawrence J. Henderson
- Karl Albert Hasselbalch
- Peter A. Stewart
İlgili konular
Temel eserler
- hamm-2015
- berend-2014
Sıkça sorulan sorular
- Bikarbonat tamponu, pKa'sı kan pH'ından uzak olmasına rağmen neden bu kadar önemlidir?
- Çünkü açık bir sistemdir: akciğerler karbondioksiti sürekli olarak uzaklaştırmakta ve böbrekler bikarbonatı yeniden üretmektedir, bu nedenle iki bileşeni bağımsız olarak kontrol edilmekte ve vücutta tek başına ayrışma sabitinin düşündüreceğinden çok daha etkilidir.
- Henderson-Hasselbalch denklemi bize ne anlatır?
- pH'ı, bir tamponun baz formunun asit formuna oranıyla ilişkilendirmektedir; kan için pH, bikarbonat konsantrasyonunun karbondioksitin kısmi basıncına oranına bağlıdır.