FİZYOLOJİK TAMPON SİSTEMLERİ

1. FİZYOLOJİK TAMPON SİSTEMLERİ Dr.V.Kenan ÇELİK vkcelik@cumhuriyet.edu.tr

2. Termodinamiğin 2 koşulu nedir?Bunun bizim için önemi nedir? Figure 26.3

4. Standar koşullarımızın devamı için Asit / Baz dengesi başlıca 2 organ tarafından idame ettirilir. • 1. Akciğerler solunum yolu ile pCO2’ i düzenler • 2. Böbrekler HCO3dönüşümünü ve H+’ nın atılımını kontrol eder. • Asit / Baz dengesinde bu moleküllerin önemi nedir? • C02 + H2O ← → H2CO3 ←→ H+ + HCO3- • H+ derişimi ortamın asitliğinin bir ölçüsüdür ve pH ile ifade edilir. • pH = log 1/[H+] veya pH = - log [H+] • Plazma [H+] =40nmol/L = 4x 10-8 mol/L • = 0.00000004 • pH = -log(4x 10-8) = - (-8)[0.6 )] = 7.4

5. CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- [H+] + [HCO3-] Ka = pCO2(veya H2CO3) [H+] = Ka pCO2 / [HCO3-](her iki tarafı log ile çarp) log [H+] = log Ka + log pCO2 / [HCO3-] -log [H+]= -log Ka - log pCO2 / [HCO3-] pH = pKa + log [HCO3-] / pCO2 Henderson-Hasselbalch….pH= pKa + log (Baz /Asit) veya (tuz/Asit) - /

6. Asit / Baz dengesinin kontrolü: • Bu 3 faktör pH, pCO2 ve [HCO3-] kontrol edilmelidir. • ECF (plazma + hücreler arası sıvı) sıvının pH’ı 7,35 – 7,45 arasında kalmalıdır. - Eğer plazma değeri 7,35’in altına düşerse ASİDOZ (Asidemi) gelişir. -Eğer plazma değeri 7,45’in üzerine çıkarsa ALKALOZ (Alkalemi) gelişir. -Bu sınırlar değiştiğinde tüm vucut sistemi etkilenir. • Sirkülasyon çöker ve kalp yetmezliği sonucu koma ile sonuçlanabilir.

7. Vücuttaki Asit Tipleri: • Uçucu asitler: - Solüsyondan ayrılıp atmosfere karışabilen asitler (Karbonik asit). • Fiks asitler: -Solüsyondan ayrılamayan asitler (sülfürik ve fosforik asitler). • Organik asitler: -Aerobik metabolizmanın yan ürünleri yada bileşenleri

8. Vücuttaki Asit Tipleri: • Karbonik asit ECF’nın pH’nı etkileyen çok önemli bir faktördür, -CO2 su ile etkileşerek karbonik asit oluşturur. -CO2’in konsantrasyonu ve pH arasında ters ilişki vardır. • Sülfürik ve Fosforik asit: -Aminoasit katabolizması sırasında oluşturulur. • Organik asitler: -Laktik asit, keton cisimcikleri gibi metabolik yan ürünlerdir.

9. PCO2ve Plazma pH arasındaki Temel İlişki:

10. Asit-baz dengesinin korunması: • Tampon Sistemleri • Solunum • Renal Fonksiyon • pH’ın 7.35 – 7.45 arasındaki değişimler sıkı bir kontrol altında idame ettirilir

11. pH mekanizmasının kontrolü: • Tampon sistemleri genellikle zayıf bir asit ve tuzu veya zayıf bir baz ve tuzundan oluşur. • Vücutta 3 tane önemli tamponlama sistemi mevcuttur. • Karbonik asit-bikarbonat tampon sistemi. • Organik ve fiks asitlerinin neden olduğu değişimlerin tamponlanması • Protein tampon sistemi • Amino asit • Hemoglobin tampon sistemi tarafından H+ iyonlarının tamponlanması • Fosfat • İCF da pH’ ın tamponlanması

12. pH mekanizmasının kontrolü: TAMPONAsit Konjüge bazAna tampon etkisi Hemoglobin HHb Hb- Eritrosit Protein HProt Prot- Hücre içi Fosfat H2PO4- HPO42- Hücre içi Bikarbonat CO2→H2CO3 HCO3- Hücre dışı(ECF)

13. pK 6.1 7.8 6.8 7.8

14. Karbonik Asit-Bikarbonat Tamponlama Sistemi ve pH: CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3– -Dokularda oluşturulan CO2 hücre membranından geçerek plazmada ergimiş halde bulunur. CO2’in sudaki çözünürlüğü 0,23 tür (basınç kPa olarak ölçülmüşse) “ “ “ “ “ 0,03 (basınç mmHg “ “ ) Normal pCO2 =5,3 kPa ( 40 mmHg: 1 kPa=7.5 mmHg veya 1 mmHg = 0,133 kPa) dCO2 (mmol/L) = 5,3 kPa x 0,23 = 1,2 mmol / L -Bu CO2, H2CO3 ile dengededir. Fakat plazmada enzimatik olmayan bu reaksiyon çok yavaştır. Bu nedenle plazmada 0,0017 mmol H2CO3 bulunur, buda CO2 miktarına eşittir.

15. Karbonik Asit-Bikarbonat Tamponlama Sistemi ve pH: pH = pKa + log[HCO3-] / pCO2 <pKa = 6,1> [HCO3-] = 24 mmol / L pH = 6,1 + log ( 24 / 40 x 0,03) = 6.1 + log (24 / 1.2) pH = 6.1 + log 20 = 6.1 + 1.3 = 7,4 • Bikarbonat tampon sistemi CO2’in başıncındaki artma ve azalmaya bağlı olarak pH’daki değişimlerden ECF’i tek başına koruyamayabilir. • Solunum sistemi ve kontrol merkezi normal olarak çalıştığında fonksiyon görebilir. • Bikarbonat iyonların (bikarbonat rezervleri) mevcudiyeti ile de sınırlıdır.

17. Karbonik Asit-Bikarbonat Tampon Sistemi Figure 27.9a, b

18. Karbonik Asit-Bikarbonat Tampon Sistemi: Plazma pH’sının düzenlenmesinde merkezi rolü. Figure 27.11a

19. Karbonik Asit-Bikarbonat Tampon Sistemi: Plazma pH’sının düzenlenmesinde merkezi rolü. Figure 27.11b

20. HÜCRE İÇİ TAMPONLAMA SİSTEMLERİ: • Protein ve Fosfat tampon sistemleri: • CO2’in fiksasyonundan oluşan H+ ve metabolizma süresince oluşturulan asitler başlıca protein –eritrositlerde hemoglobin-(amino asit) ve Fosfatlardan oluşan tamponlar tarafından kompanse edilir. • Eğer pH yükselirse (H+ derişimi azalırsa),Amino asitlerin karboksil grupları zayıf bir asit gibi etkiyerek ortama H+ iyonu verir ve pH korunur. • Eğer pH düşerse (H+ derişimi artarsa), amino grupları zayıf bir baz gibi etkiyerek ortamdan H+ iyonlarını çekerler ve pH korunur. • Hemoglobin ise PCO2 basıncı azaldığı veya düştüğünde pH’daki değişimleri engellemektedir.

21. Amino AsitTamponu

22. Hücre içi tamponlama Prot - • PLAZMA H+ H+ H+ HPO4-2 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ K+ H+ HProt H+ H+ H2PO4- [H+] pH asidemi Eritrosit

23. Hücre içi tamponlama • PLAZMA HProt H2PO4- H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ K+ H+ H+ Prot - HPO4-2 H+ [H+] pH alkalemi Eritrosit

24. Bikarbonat Tampon Sisteminin Metabolik ve Solunum Bileşenleri. • Bikarbonat tamponu akciğer ve çevresi ile gaz değişimini ifade eder. • CO2 derişiminin farklılığında anahtar “ventilasyon oranı”dır. • Bu niçin PCO2’ bikarbonat-tampon bileşeninin solunum kompananti olarak referans olması gerektiğini de açıklamaktadır. • CO2’in kısmi basıncından türeyen asit-baz dengesi bozuklukları “solunum bozukluğu” olarak adlandırılır. • Asit-Baz dengesi düzensizliği başlıca ASİDOZİSve ALKALOZİS olarak sınıflandırılır. • Asidozis: Plazma da H+ derişimindeki artma ve pH da azalma • Alkalozis: “ “ “ “ “ azalma ve pH da artma. • Metabolik (asidoz/alkaloz) veya solunumsal (asidoz/alkaloz) olarakta sınıflandırılır.

25. ↓ [HCO3-] Metabolik asidozis  [HCO3-] Yüksek alkalozis ↑ pCO2 Solunumsal asidoz ↓ pCO2 Solunumsal alkalozis H2CO3 pH~ pCO2 ALKALOZİS Kan pH [H+] ASİDOZİS Kan pH [H+]

26. Atmosfer / Alveoler / Kan bariyeri gazların geçişi Dokular 45 mmHg 40 mmHg

28. Bikarbonat Tampon Sisteminin Metabolik ve Solunum Bileşenleri • pO2 değerlerinde azalma “Hipoksi” ye, pCO2 değerlerindeki artış da “Hiperkapni” ye neden olur. • Plazmada gerçekleşen bikarbonat oluşumu çok yavaş ve miktarca azdır. Oysa eritrositlerde Zn-bağımlı bir enzim olan “Karbonik anhidraz ” ile katalizlenen reaksiyon çok hızlıdır. (1x106 mmol/ sn) CO2 + H2O H2CO3  H+ + HCO3– • KA, CO2’i bikarbonat olarak fikse eder, karbonik asitin ayrışması sonucu açığa çıkan [H+] iyonu hemoglobin ile tamponlanır. Karbonik anhidraz

29. Gazların Değişimi ve Taşınımı: Oksijen Taşınımı: • O2’nin ~%98’i hemoglobine bağlanarak taşınır. • 100 ml (Plazma + Hemoglobin)’de ~ 20 ml O2 taşınır Karbon Dioksit Taşınımı: • Plazmada ergimiş halde (~%7) • Hemoglobine bağlı (~%20) • Bikarbonat iyonu olarak (~%75) CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-

30. Hemoglobin • Hem (Fe2+ içeren) molekülü 4 O2-bağlar • Bohr Effect – O2bağlanımı • sıcaklık • pH • PO2 • PCO2 • 2,3-DPG (difosfogliserat)

31. Bohr effect on oxyhemoglobin dissociation

32. CO2 transportu Akciğerde Bikarbonat İçeri Cl dışarı Karbamino

33. KA H20 + C02-> H2C03 ->HC03- yüksek PC02 C02 Transportu Karbonik anhidrazkanpC02değişimlerine göre tepkimenin yönünüde değiştirir. CA H20 + C02<- H2C03 <-HC03- düşük PC02

34. C02 Transport • Klor shifti: • Klorid iyonlarıelektronötralitenin idame ettirilmesine yardım eder. • Eritrositte:HC03- plazmaya doğru diffüz olur. • Eritrosit çok daha elektropozitif olur • Cl-hücre içerisine çekilir (Cl- shift). • Deoksihemoglobin ile birleşen H+salınarak Cl-tamponlanır • Pulmonar kapillerde tersi olur.

35. Asit-Baz dengesinde Böbreğin Rolü: • Böbrek H+ iyonunun uzaklaştırılmasında ve HCO3- konsantrasyonunun kontrolünde önemli rol oynar. • Protein metabolizmasından türeyen sülfürik ve fosforik asit gibi uçucu olmayan toksik asitlerinde uzaklaşmasında başlıca rol böbreğindir.

37. Böbrek tübülleri ve pH Regulasyonu.

38. Bikarbonatın geri emilimi: • Filtratta oluşturulan karbonik asit CO2 ve H2O ya ayrışır. • CO2 tübül hücrelerine ve kapillere diffüz olur.

39. Bikarbonatın geri emilimi:

40. + Na Bikarbonat rezervi

41. Aşırı H+ iyonlarının tamponlanması SO42- HSO4-

42. HSO4- H2SO4

43. Hidrojen iyonu atılımı • Asidozda oluşturulan renal yanıt: • Kan HCO3-rezervinin yenilenmesi. • Buna eşdeğer H+ iyonunun idrarla atılımı. Figure 26.13

44. Bir diğer plazma HCO3- salınımı GLUTAMİN metabolizması Aracılığı ile yapılır.

45. Amonyum iyonu atılımı Figure 26.14

46. Bu metabolik yol uzun süre alır, ve genellikle daha çok kronik asidozda (diabet gibi) aktiftir.

48. Böbrek tübülleri ve pH Regulasyonu. HCO3- atılımı artar H+ iyon oluşumu artar NH4+ atılımı azalır

49. METABOLİK ve SOLUNUMSAL ASİT-BAZ HASTALIKLARI: • Solunumsal asit-baz hastalıkları • Solunum fonksiyonları anormal olduğunda ECF da CO2 derişiminde artma ve azalma sonucu oluşan hastalıklardır. • Metabolik asit-bazhastalıkları • Organik ve fiks asitlerin üretimi yada atılım bozukluğu • ECF deki bikarbonat iyon konsantrasyonunu etkileyen herhangi nedenler. Asidozis,alkalozisden çok daha yaygın bir hastalıktır.

50. Solunumsal ASİT-BAZ hastalıkları • Solunumsal asidozis. • Akciğer hastalığı sonucu solunumun azalması ile vücut sıvılarında CO2 düzeylerindeki aşırı artışla karakterizedir. • En yaygın olanları: .Chronic Obstruktif Airway disease (COAD) . “ “ “ “ pulmonary “ (COPD) Şiddetli astım atakları eşlik eder. • Hipoksi eşlik eder. ( pO2 de ↓ , pCO2 ↑ ) • Solunumsal alkalozis: • Asidoza göre çok daha az rastlanır • Hiperventilasyon ile alakalıdır. (ateş ve sitres alkalozisde küçük bir artış nedenidir)