AS A SĐ ĐT T – – B BA AZ Z D DE EN NG GE EN NĐ ĐN N DÜ D ÜZ ZE EN NL LE EN NM ME ES SĐ Đ
Prof. Dr. Şefik DURSUN
ĐÇĐNDEKĐLER
Bölüm 1. pH ve Vücudun Normal Reaksiyonu Bölüm 2. Asit-Baz Dengenin Düzenlenmesi Bölüm 3. Asit-Baz Denge Bozuklukları
Asit-Baz Denge Bozukluklarının Kompansasyonu Bölüm 4. Kan Gazları Ölçüm Yöntemleri
ASĐT-BAZ DENGENĐN DÜZENLENMESĐ
Prof. Dr. Şefik DURSUN
BÖLÜM 1
1. pH ve VÜCUDUN NORMAL REAKSĐYONU 1.1. pH’nın Tanımı
pH’nın tanımı ile asit ve bazların açıklanmasına geçmeden önce kısaca protondan veya H+ iyonlarından söz etmek istiyorum.
Elektriksel olarak nötr olan bir atom, ortasında bir çekirdek ve değişik yörüngelerinde çekirdeği çeviren elektronlardan ibarettir. Bir nötral atom en dıştaki elektronunu bir başka atoma verirse elektronunu veren atom pozitif yüklü iyon veya katyon, elektronu alan atom ise negatif yüklü iyon veya anyon adını alır.
Hidrojen atomu yörüngesinde bulunan bir tek elektronu bir başka atoma verdiğinde hidrojen iyonu (H+) haline dönüşür. Buna proton da denir. Protonlar sulu çözeltilerde serbest şekilde varlıklarını sürdüremezler. Su molekülü ile birleşirler.
Çözeltide hidrate olmuş proton, OH3
+ olarak yazılır. Bazen “hydronium”,
“oxonium” veya “hydroxonium” iyonu olarak isimlendirilir. Bununla beraber daha çok bilinen basit H+ sembolüyle bunları göstermek uygun olacaktır.
BRONSTED tasnifine göre H+ iyonu veya proton verebilen bileşiklere asit, H+ iyonu veya proton kabul eden bileşiklere de baz adı verilir;
ASĐT H+ + BAZ H2CO3 H+ + HCO3
-
H3PO4 H+ + H2PO4 -
Đşte asit-baz dengesi, vücut sıvılarındaki H+ iyonları miktarının (veya konsantrasyonunun) düzenlenmesi anlamına gelir. H+ iyonlarının konsantrasyonunu belirtmek için köşeli parantez kullanılır ( [H+] ). Veya cH şeklinde gösterilebilir.
Vücut sıvılarındaki hidrojen iyonlarının konsantrasyonu [H+], diğer önemli iyonlara oranla oldukça düşük (milyon kat küçük) olduğu halde, organizmanın yaşamını büyük ölçüde etkiler. Bu nedenle vücut sıvılarındaki hidrojen iyon konsantrasyonunun özenle dengede tutulması zorunludur.
Hepimizin bildiği gibi canlı sistemler önemli oranda su ihtiva ederler.
Organizmaya enerji sağlayan biyokimyasal reaksiyonlar bu sıvı ortam içinde veya bu sıvılarla temas halindeki ara yüzeylerde meydana gelir.
Biyokimyasal reaksiyonları katalize eden enzimlerin etkileri, ortamın optimal asiditesine veya alkalitesine bağlıdır. 1913 yılında L.J. Henderson’un tespit ettiği gibi,asidite ve alkalite diğer bütün şartlardan, hatta temperatür ve reaksiyona katılan maddelerin konsantrasyonlarından bile, kimyasal reaksiyonlar üzerinde daha fazla etkilidir.
Protein yapısındaki enzimlere bağlanan H+ iyonlarındaki küçük değişmeler, enzim moleküllerinde elektrik yüklerinin farklı biçimde dağılmasına neden olurlar. Böylece enzimlerin etkinliğini değiştirirler. Hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlardan kimi aşırı hızlanırken, kimi de duraklar. Bu bakımdan, vücut sıvılarındaki H+ iyon konsantrasyonu [H+] çeşitli yollarla düzenlenerek, çok dar sınırlar içinde sabit tutulmaktadır.
1. 2. Saf Suyun Dissosiyasyonu
Organizma ağırlığının büyük bir kısmını, vücut ağırlığının ortalama % 70’ini, teşkil eden su, birçok maddenin içinde yayıldığı bir dispersiyon ortamıdır.
Saf su çok az dissosiye olabilen bir maddedir.
HOH H+ + OH-
Bu reaksiyon reversibldir. Reversibl reaksiyonlarda Kütlenin Etkisi Kanunu geçerlidir. Buna göre, dissosiye olan maddelerin konsantrasyonları çarpımının, bu maddenin dissosiye olmamış miktarına oranı daima sabittir. Yani ;
[[[[H+]]]] [[[[OH-]]]] / [[[[H2O]]]] = K dur.
Yukarıda belirtildiği gibi saf su çok az dissosiye olduğu için [H2O]= 1 kabul edilirse ;
[[[[H+]]]] . [[[[OH-]]]] = Kw yazabiliriz.
Kw, suyun dissosiyasyon sabitidir. 250C da Kw = 10-14'dür. Saf su nötraldir. Yani belli bir hacimdeki H+ iyonları konsantrasyonu ile OH- iyonları konsantrasyonu birbirine eşittir. Öyleyse [H+] =[OH-] = 10-7 mol/L olacaktır.
H+ iyonları konsantrasyonu 10-7 mol/L’ den büyük olan çözeltiler asit, küçük olanlar ise baz özellik gösterirler.
Örnek: [H+] = 10-6 mol/L ve [OH-] = 10-8 mol/L ise böyle çözeltiler asit,
[H+] =10-9mol/L ve [OH-] = 10-5 mol/L olan çözeltiler de bazik çözeltilerdir.
10 rakamının pek kullanışlı olmayan negatif üsleri yerine, SORENSEN (1909) işaret sistemi kullanılır. Bu sistemde çözeltilerin asitliğini göstermek için, H+ iyonları konsantrasyonu logaritmasının, işaretçe tersi alınır ve bu pH ile belirtilir. Şu halde;
pH = - log [[[[H+]]]]’ dur.
1.3.pH’nın Ölçülmesi
H+ iyonları konsantrasyonu elektrometrik olarak tayin edilebilir. pH’ı bilinmiyen çözelti, H+ iyonları konsantrasyonu bilinen standard bir çözeltiden, yalnız H+ iyonlarına duyarlı bir membran ile ayrılırsa, membranın iki tarafındaki elektriksel potansiyel farkı olan E, Nerst Denklemine göre, şu şekilde gösterilebilir;
E = R.T / n.F.In. Standard [[[[H+]]]] / Bilinmeyen [[[[H+]]]]
H+ iyonu için n=1'dir. F, Faraday Sabiti; R, Gaz sabitidir. Bu denklem 10 tabanına göre logaritması alınarak yazılacak olursa;
E = 2,3.RT / nF.log Standard [[[[H+]]]] / Bilinmeyen [[[[H+]]]] olacaktır.
Bu denklem şu şekilde yazılabilir ;
E = 2,3RT/nF.(log Standard [H+] - log Bilinmeyen [H+] ) ve
E = 2,3RT/nF.log Standard [H+] - 2,3RT/nF .log Bilinmeyen [H+] olacaktır.
E ve Bilinmiyen [H+]'nu dışındaki tüm değerler sabit olduğundan, değişmeyen değerleri,
A = 2,3RT/nF.log Standart [H+], b = 2,3RT/nF ile ifade edersek;
Bu eşitlik, şöyle kısaltılabilir;
E = A – b. log Bilinmiyen [H+]
Bilinmiyen pH = - log Bilinmiyen [H+] olduğuna göre:
E = A + b. Bilinmiyen pH şeklinde ifade edilebilir. Buradan,
Bilinmiyen pH = E/b – A/b olur.
Görüldüğü gibi Bilinmiyen pH, membranın diğer tarafındaki potansiyelin lineer bir fonksiyonudur. Yani tayin edilecek potansiyel değeri, kan veya vücut sıvısı örneğinin pH’ı ile doğru orantılı olacaktır. Piyasada bu iş için kullanılan cihazlar, pH direkt olarak okunacak şekilde ayar edilmişlerdir. Bazı cam türleri (Örn. Cornig 05) sadece hidrojen iyonlarına duyarlı membranlar gibi davranırlar.Bu cam türlerinin sadece H+ iyonlarının içine diffüze olabileceği gözeneklere sahip olduğu belirtilmektedir. Farklı H+ iyonu konsantrasyonlarına sahip iki sıvı ortamını ayıran camın, her iki ortama bakan yüzeylerinde, konsantrasyon değerlerine bağlı olarak farklı sayıda H+ iyonları yer alacaktır (Şekil 1). Bu durum tıpkı bir iyona ait konsantrasyon farkına göre hücre membranındaki iyon denge potansiyelinin meydana gelmesi gibidir.
Şekilde görüldüğü gibi, bu özellikteki camdan yapılmış bir cam balon, pH’ı bilinen standart çözelti ile doldurulmuştur. Bu sisteme cam elektrot adı verilir.
Cam elektrot ile referans elektrot adı verilen diğer bir elektrot, pH’ı bilinmiyen sıvı içersine daldırılır. Referens elektrot genellikle kalomel elektrottur. Bu iki elektrottan çıkan iletken uçlar, bir voltaj amplifikatörüne, oradan da ölçü aletine iletilir. Kalomel elektrot, bir tuz köprüsü aracılığı ile pH’ı bilinmiyen sıvıya elektriksel olarak bağlantılıdır. Bu tuz köprüsü doymuş KCl çözeltisidir. Böylece pH’ı bilinmiyen sıvı içersine daldırılan iki elektrot arasında oluşan potansiyel farkına göre, pH direkt olarak okunabilir. Son zamanlarda bazı yayınlarda hidrojen iyon konsantrasyonu ([H+ ]) yerine, hidrojen iyonu aktivitesi (aH+) de kullanılmaktadır. H+ iyonları konsantrasyonu ile hidrojen iyonları aktivitesi (aH+) arasında şöyle bir ilişki vardır;
aH+= f [H+ ] f, aktivite katsayısıdır.
Şekil 1: pH Ölçüm Sistemi
Son derece seyreltik çözeltilerde f aktivite katsayısı 1 kabul edilebilir.
Derişik çözeltilerde ise 1’den azdır. Bu yüzden derişik çözeltilerde hidrojen iyonları aktivitesi (aH+), H+ iyonları konsantrasyonundan küçüktür.
Kanda hidrojen iyonları aktivite katsayısı bilinmemektedir. Ancak, H+ iyonlarının kandaki konsantrasyonu oldukça düşüktür ve kan sonsuz derecede seyreltik bir çözelti gibi kabul edilebilir. O yüzden aktivite katsayısı 1’e yakındır ve 1 olarak alınabilir.
f = 1 olursa ; aH+ =[H+ ] olacaktır.
Şu halde son derece seyreltik olan kan ve diğer vücut sıvıları için hidrojen iyonları aktivitesinin, H+ iyonları konsantrasyonuna eşit olduğunu söyleyebiliriz.
Farzedelim ki, derişik çözeltilerde birim hacimde örneğin 10 tane H+ iyonu olsun.
Bu H+ iyonlarının sıvı içersindeki konumları, bazılarının etkili olmasını, yani başka bileşiklerle reaksiyona girmesini önler. Bu durumda ancak örneğin 8 H+’nu etkilidir. Oysa tüm H+ iyonlarının etkili olabileceği dilüe bir çözeltide (f=1), bu fark görülmeyecektir.
Hidrojen iyonları aktivitesini (aH+), etkin olan hidrojen iyonlarının konsantrasyonu şeklinde kabul edersek, konu daha kolay anlaşılabilir hale gelecektir.
1. 4. pH’nın [H+ ]’nuna Çevrilmesi
Yukarıda belirtildiği gibi bir çözeltinin asitliğini veya alkalikliğini, pH veya [H+ ]’nu ile ifade ediyoruz. Dolayısıyla bu iki değerden biri verildiği zaman diğeri cinsinden de belirtmek gerekebilir. Bu da basit bir matematiksel işlemle mümkündür.
Farzedelimki bir çözeltinin pH’ı 6,5 olsun.
pH = - log [H+ ] olduğuna göre, [H+ ] = antilog (-pH) şeklinde ifade edilebilir.
Öyleyse;
[H+ ] = antilog (- 6,5) olacaktır.
- 6,5 = 0,5 – 7 şeklinde yazılabilir.
[H+ ] = antilog (0,5 –7) olur.
0,5’ in antilogaritması 3, 7’nin ise 10-7 dir. Bunlara göre, [H+ ] = 3. 10-7 mol/L olacaktır.
Veya kısaca, pH değeri bir üst tam sayıdan çıkarılır (7 –6,5 = 0,5) ve bunun antilogaritması alınır, bir üst sayı da 10 üssü olarak yazılır.
Aynı sonuç elde edilecektir.
1. 5.[H+ ]’nun pH’ya Çevrilmesi
[H+ ]’nu verildiğinde pH olarak ifade etmek istersek; pH= - log [H+ ] formülünü kullanacağız. Örneğin H+ iyonları konsantrasyonunun 3,9. 10-8 mol/L olduğunu biliyorsak;
pH = - log (3,9 . 10-8)
= - (log 3,9 + log 10-8)
= - log 3,9 + log 10-8 ve pH = - 0.59 + 8 = 7,41 pH = 7,41 olacaktır.
Vücut sıvılarındaki H+ iyonları konsantrasyonunun çok düşük değerlere sahip olması nedeniyle mol/L cinsinden değilde, nMol/L olarak gösterilmesi daha kolay bir yol olarak görülmüştür. Böylece çok küçük sayıların yazılmasından da kaçınılmış olunur. Bazen Eq/L veya nEq/L şeklinde de H+ iyonları konsantrasyonunun ifade edildiğine rastlıyabilirsiniz. Kimyasal değerliği 1 olan H+ iyonu için;
1 Eq/L = 1 mol/L, Yine 1 nEq/L = 1 nMol/L dir.
Ayrıca: 1 Eq/L = 109 nEq/L
1 mol/L = 109 nMol/L olduğunu da hatırlatmakta yarar var.
Öyleyse 3.10-7 mol/L 3.10-7.109 = 300 nmol/L dir. Aynı zamanda pH ve [H+] arasındaki matematiksel bağıntıya göre; pH’da 1 birimlik düşmenin, [H+]’nunda 10 misli artışın veya pH’da 1 birimlik yükselmeye [H+ ]’nunda 10 misli azalmanın neden olduğunu söyleyebiliriz.
1. 6. pH’ın Temperatürle Değişimi
Arteriyel kan pH’sının direkt olarak ölçülebileceğinden daha önce söz etmiştik. Teorik olarak pH, heparinlenmiş arteriyel kanda veya arterilize edilmiş kanda ölçülmelidir. Isıtılmış kulak lobu veya parmak ucundan alınmış kan arterilize edilmiş kan olarak kabul edilir.
Alınan kan örneğinin CO2 kaybından dolayı pH değişmesine engel olunmalıdır. Bunun için hava ile temas etmesine müsaade edilmemelidir.
Arteriyel kan pH’sının değişik sıcaklıklarda ölçülmesi gerekiyorsa (tabii ki vücut sıcaklığından başka sıcaklıklarda) bunu vücut sıcaklığındaki pH değerine çevirmek gerekir. Rosennthal’ın bunun için önerdiği formül;
pH (38oC) = pHt – 0,0147 (38 – t) veya pH (37oC) = pHt – 0,0147 (37 – t)'dür.
Eğer hipotermi altında bir hasta ameliyat ediliyorsa;
Ölçülen pH ile hastanın veya soğutulan dokuyu perfüze eden kanın gerçek pH’sı arasında elbette bir fark olacaktır.
Hastanın gerçek pH’sı = pH (37oC) + 0,0147. (37 – t) Burada (t) hastanın veya dokunun temperatürüdür.
Örnek: Ameliyat esnasında doku sıcaklığı 30oC’ye düşürülen bir hastanın, 37oC’de ölçülen kan pH’sı 7 ise, hastanın ameliyat anında soğutulmuş dokusundaki gerçek pH’ı bulalım;
Gerçek pH = pH (37oC) + (37 – t) . 0,0147 = 7.00 + (37-30) . 0,0147 = 7,103
1. 7. Vücudun Normal Reaksiyonu
Organizmanın asit-baz denge durumunun tespitinde düşünülen ölçümler, arteriyel kanda yapılır. Çünkü kan en kolay elde edilen bir vücut sıvısıdır. Bu şekilde vücuttaki asit-baz denge durumu hakkında kolayca bilgi sahibi olabiliriz.
Gerçi H+ iyonlarının meydana geldiği intrasellüler ortamdan veya herhangi bir vücut sıvısı kompartımanından kana geçmesi, CO2’in geçişi gibi hızlı olmasa bile, gene de kanın tüm vücut sıvılarının asit-baz denge durumunu yansıttığı kabul edilmektedir.
Sağlıklı kişilerde arteriyel kan plazmasının reaksiyonu 0,00004 ± 0,000004 nMol /L H+ iyonları konsantrasyonuna veya litrede 44 nMol ile 36 nMol arasındaki değerlere uyar. pH kavramında bu 7.36 ile 7.44 arasıdır. Genel
olarak arteriyel pH, ortalama 7.40 ([ H+] = 40 nMol/L) kabul edilir. Normal değerin her iki tarafındaki 0,4 pH birimi kadar değişiklik, yaşam sınırlarını belirler. Yani yaşam için pH’nın, 7.0 ile 7.8 (Van Slyke, 1921) veya 6.85 ile 7.65 (Gambine, 1966) değerleri arasında olması gereklidir.
pH = 7.0 de, [ H+] = 100 nMol/L ve pH = 7.8 de ise [ H+] = 16 nMol/L dir.
Şu halde arteriyel kan plazmasındaki H+ iyonları konsantrasyonunun, litrede 16 nMol’den daha az veya 100 nMol’ den daha fazla olması organizmanın sonu anlamına gelmektedir.
Arteriyel kanın pH’sı (7.40), normal sınıflandırmamıza göre biraz alkaliktir.
Bu yumuşak alkalitenin korunmasının, klinik önemi büyüktür. Alkaliteden sapmaları normal fonksiyonlardan sapmalar izler.
Alkalitenin yükselmesi baş ağrılarına, mental bozukluğa, tetaniye ve halsizliğe neden olur. Alkalitenin korunamaması asiditeye kayma, hastanın farkına varmadığı ama bir gözleyenin rahatlıkla tesbit edebileceği hipervantilasyona neden olur. Merkez sinir sistemi fonksiyonunun bozulması, uyuşukluk halinden, baygınlığa oradan komaya gider. Yaşam için müsaade edilen çok dar alan içinde bu reaksiyonu sürdürmek vücut için büyük başarıdır.
1. 8. Vücutta Meydana Gelen Asitler
Dokularda fizyolojik koşullarda metabolizma sonucu sürekli olarak asitlerin oluştuğu, buna karşılık organizmada yapılan ya da besinlerle alınan bazik (veya alkalik) maddelerin azlığı gözönüne alınırsa, vücut sıvılarında H+ iyonlarının sabit kalmasının, bu iyonların sürekli dışarı çıkarılmasına bağlı olduğu kolayca anlaşılabilir. Aslında ortalama (7.4 pH’da), vücut sıvılarında 40 nMol/L H+ iyon konsantrasyonu olduğunu biliyoruz. Normal ağırlıkta bir insanın vücut sıvısı hacmini eğer ortalama 40 lt. kabul edersek, tüm vücuttaki H+ iyonu miktarı, 40.40 = 1600 nMol kadardır. Bu da 0,0016 mMol eder. Diğer önemli iyonlara göre oldukça-milyon kat- küçük bir miktardır.
Hatırlanacak olursa plasmada Na+ konsantrasyonunu 145 mMol/L ve K+ konsantrasyonu 4 mMol/L’dır.
Vücutta oluşan asitleri fizyolojik özellikleri bakımından iki grupta inceliyebiliriz;
a) Karbonik asit (Uçucu asit),
Bu asit organizmada günde ortalama 10000 ile 20000 mEq (mMol) kadar meydana gelir,
b) Karbonik asitten başka asitler,
Günde ortalama 80-120 mMol olmak üzere çok daha az miktarda oluşurlar.
Birinci grupta bulunan asit su kaybederek CO2’e çevrilir ve solunum yoluyla dışarı atılır. Đkinci gruptaki karbonik asitten başka asitler (metabolik-sabit asitler) ise gaz haline çevrilemez, ancak boşaltım sistemiyle uzaklaştırılır. Bu grupta, protein ve fosfolipidlerdeki P, S atomlarının oksitlenmesinden oluşan fosfat asidi ve sülfat asidi bulunur.
Yağ ve karbonhidratların tam olmayan metabolizmalarından laktik asit, pirüvik asit, asetoasetik veya β hidroksibitürük asit meydana gelir. Ancak asit niteliğindeki bütün bu maddeler başlangıçta oluştukları doku hücrelerinde, daha sonra da boşaltım organlarına iletisi sırasında ekstrasellüler sıvılarda [H+] ‘nunu veya pH’ı değiştirecek niteliktedir.Yani asit-baz denge durumunu etkileyecektir.
Normal organizmada vücut sıvılarında reaksiyonun sabit tutulması, bu sıvılardaki tampon sistemiyle sağlanır. Yeri geldiğinde bahsedeceğimiz intrasellüler ve ekstrasellüler sıvılar arasında iyon alım- verimi de bu tamponlamada büyük ölçüde yardımcı olur.
BÖLÜM 2
ASĐT – BAZ DENGENĐN DÜZENLENMESĐ
Vücutta metabolizma sonucu meydana gelen veya herhangi bir nedenle organizmada biriken asit ve bazların tamponlanması ile pH’nın sabit (ya da dar sınırlar arasında) tutulması, asit-baz dengenin düzenlenmesidir. Bu da vücut sıvıları içersinde bulunan kimyasal tampon sistemler ile fizyolojik düzenleme mekanizmaları yardımıyle sağlanır. Fizyolojik düzenleme mekanizmaları akciğerler ve böbreklerdir. Organizmada mevcut normal asit-baz denge halinin değişmesi karşısında oluşacak cevapları kısaca şöyle özetliyebiliriz :
1) Ekstrasellüler ve intrasellüler tamponlar, asit veya baz miktarının değişmesiyle etkilenen pH’daki değişiklikleri minimale indirmek için görev yaparlar,
2) PCO2 (karbondioksit parsiyel basıncı) alveoler vantilasyon tarafından düzenlenir,
3) Plazma HCO3
- konsantrasyonu renal H+ iyonları çıkarılmasının düzenlenmesiyle dar limitler arasında tutulur.
Kimyasal tamponlar ile akciğerler ve böbreklerin asit-baz dengesinin sağlanmasındaki görevleri hakkında ilerde daha ayrıntılı bilgi verilecektir.
Organizmada sabit bir asitin (örneğin HCl) artmasında önce ekstrasellüler kimyasal tampon sistemler, birkaç dakika içerisinde de akciğerler tamponlamaya iştirak ederler. Böbreklerin H+ iyonunu düzenlemedeki rolü ilk gün başlar 3 veya 5 gün içersinde sona erer.
1. 1. Henderson– Hasselbalch Eşitliği
Asit- baz dengenin düzenlenmesine geçmeden önce, bu konunun daha kolay anlaşılması açısından Henderson-Hasselbalch eşitliği ismini verdiğimiz denklemin nasıl elde edildiğini gösterelim.
Bir asitin H+ ve bir baza dissosiye olduğunu ve bu reversibl reaksiyonda da Kütlenin Etkisi Yasasının geçerli bulunduğunu hatırlarsak:
HA H+ + A-
[H+].[A-] / [HA] = Ka yazabiliriz. Ka= Asitin dissosiyasyon sabitidir.
Bu denklemde her iki tarafın logaritmasını alırsak;
log Ka = log [H+].[A-] / [HA] = log [H+] + log [A-] / [HA]
-log [H+] = -log Ka + log [A-] / [HA]
pK=-logKa ise
pH = pKa + log [A-] / [HA] şekline dönüşecektir.
Bu formülü değişik şekillerde yazmak mümkündür;
pH = pKa + log [Tuz]/[Asit]
pH = pKa + log [Baz]/[Asit]
pH = pKa + log [Proton alıcısı]/[Proton vericisi] gibi.
1. 2. Kimyasal Tampon Sistemlere Giriş
Asit-baz dengesi tüm vücut sıvılarındaki H+ iyonları konsantrasyonlarının dar sınırlar içinde sabit tutulması olduğunu belirtmiştik.
Organizmada herhangi bir sıvı kompartımanın pH’sının korunmasından, ilk önce kimyasal tampon sistemler sorumludur. Tampon sistemler kendilerine asit veya baz ilave edildiğinde, pH’daki değişikliğe direnme kapasitesine sahip olan eriyiklerdir. Klasik bir tampon örneği, iyonlarına az ayrışan zayıf bir asitle, oldukça fazla iyonize olan tuzundan veya konjuge bazdan oluşur.
Örneğin: Karboksil grubu bir asit grubudur. R – COOH; R, Karbon atomuna bağlanabilen herhangi bir grubu ifade eder. Bu bileşik, suda çözüldüğü zaman, -OH grubu ayrışarak bir H+ iyonu ve bir anyon verir.
R – C OOH R – C O O - + H+
Bir hidrojen iyonu verme yeteneği olan diğer bir grup da amonyum grubudur.
R – NH3 +
R – NH2 + H+
Bu örnekte R-NH2 bileşiği konjuge bazdır ve katyon olan R – NH3 +
ise asittir. Böyle bir çözeltiye H+ iyonları ilave edilirse reaksiyon sola yönelir. H+ iyonlarının bir kısmı asit teşkil etmek üzere konjüge bazla birleşir ve birleşen H+ iyonlarının etkinliği kaybolur. Eğer eriyikte tamponun konjüge bazı bulunmasaydı, çözeltideki son H+ iyonu konsantrasyonu daha büyük bir seviyede olurdu. Tersine çözeltideki H+ iyonu konsantrasyonundaki bir azalma, reaksiyonu sağa yöneltir. Asit moleküllerden bir kısmı ortama H+ iyonları verir.
Solüsyondaki son H+ iyonu konsantrasyonu, eğer çözeltide tamponun asidi bulunmasaydı daha düşük bir seviyede olurdu. Görüldüğü gibi asit ve onun konjüge bazı, bir çözeltinin H+ iyonu konsantrasyonlarındaki değişmeleri önleyerek tampon görevi yaparlar. Böylece tampon sistemler yardımıyla kanda veya ekstrasellüler sıvılarda yükselen H+ iyonları ve OH- iyonlarının etkisi önlenerek arteriyel kan pH’sının dar sınırlar arasında kalması sağlanır.
Tampon sistem içeren çözeltinin tampon değeri (gücü), bu çözeltide bir pH ünitelik değişme sağlamak üzere eklenebilen veya çıkarılabilen H+ iyonlarının miktarıdır. Ayrılmış plazma CO2 ile titre edildiği zaman-yani ortamdan CO2 gazı geçirildiğinde- eklenen H2CO3 miktarı, bikarbonat konsantrasyonundaki değişme ile ölçülebilir. Bilindiği gibi CO2 molekülü H2O ile birleştiğinde;
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3
- ; bir H+ ve bir HCO3
- meydana gelecektir. Dolayısıyla ortama eklenen H+’nu miktarını, HCO3
- miktarı gösterir.
Ancak kimyasal tampon sistem nedeniyle H+ iyonlarının bir kısmı ortadan kalkacağı için, pH değeri olması gerekenden daha yüksek olacaktır. Çünkü tamponlama söz konusudur.
Bikarbonat konsantrasyonundaki değişmenin, pH’daki değişmeye bölünmesi ile tampon değeri tayin edilir.
Yani Tampon değeri = ∆[HCO3
-]/ ∆pH'dur. (∆Baz / ∆pH).
Tampon sistemin yarısının ayrışmamış (dissosiye olmamış) asit, yarısının da ayrışmamış baz durumunda olduğu ortamın pH değeri, tamponun pK değerini verir. pK tampon sistemin dissosiyasyon sabitinin negatif logaritmasıdır.
Ortam pH'sının değerleri tampon sistemin pK değerinin ±1 sınırları içinde ise (pK±1), tampon sistem bu pH sınırlar arasında daha etkilidir.
Tabii olarak tamponize edilen sıvılar içersindeki iyonları iki grupta toplayabiliriz.
1) Bağlı iyonlar: Ortamın H+ iyon konsantrasyonundaki değişiklikler bu iyonların konsantrasyonuna etki etmez. Đki gruba ayrılabilir.
a) Bağlı Katyonlar : Na+, K+, Ca++, NH4 +
b) Bağlı Anyonlar : Cl-, SO4
-2, HPO4 -2
Cl- vücuda gıda ile girer, diğerleri protein metabolizması sırasında açığa çıkarlar.
2) Tampon Iyonlar : HCO3
-, Hb-, Pr- gibi.
1. 3. Organizmadaki Kimyasal Tampon Sistemler a) H2CO3/HCO3
- Tampon Sistemi CO2 + H2O H2CO3
Karbonik asit, H+ iyonu ve HCO3
-‘ a ayrışır.
H2CO3 HCO3 - + H+
Kütlenin Etkisi Kanununu bu reversibl reaksiyona uygularsak;
[H+] [HCO3
-]/ [H2CO3] = K’ yazılabilir.
Her iki tarafın logaritmasını aldığımızda;
log [H+] + log [HCO3
-]/ [H2CO3] = log K’
-log [H+] = -log K ’+ log [HCO3
-]/ [H2CO3] pH = pK’ + log [HCO3
-]/ [H2CO3]
Henry Yasasına göre [CO2]çöz. = α . Pco2‘dir.
H2CO3 yerine [CO2] çöz. yazılabilir.
[CO2] çöz., çözünmüş CO2’yi gösterir ve H2CO3 ile orantılıdır. Denklemde bu değer kullanılınca dissosiyasyon sabitinin değeri değişir. Böylece Henderson- Hasselbalch eşitliği; pH = pK + log [HCO3-] / α . Pco2 şekline dönüşür.
CO2’in plazmadaki erime katsayısı α = 0.03 ve tampon sistemin dissosiyasyon sabiti ise pK = 6,1 dir.
Arteriyel kandaki normal Pco2 40 mmHg (5.32 kPa) olduğuna göre;
α . PCO2 = 0,03. 40 = 1.2 mMol/L kadardır.
1 litre plazma yaklaşık olarak 24 mMol HCO3- ihtiva eder.
[HCO3
-]’nun α.Pco2’ ye oranı : 24 / 1.2 = 20'dir.
Bu tampon sistemin pK değeri 6.1 olduğu için maksimal tamponlama etkisi ortam pH’sının 6,1 ± 1 sınırları arasındadır. Bu değerler arteriyel kan pH’sının normal değerinden daha azdır (1,3 unit). Buna rağmen ekstrasellüler sıvılarda en iyi tamponlama etkisine sahip başlıca tampon sistemdir. Çünkü Pco2 değeri alveoler vantilasyonla, HCO3
- miktarı da böbrekler yoluyla düzenlenir. Yani fizyolojik düzenleme mekanizmaları bu sistemin elemanlarının regülasyonunda görevlidir.
Aslında CO2’in plazmada çözünmesi sonucu bir H+ ve bir HCO3 - meydana gelir. Yani asit karekterdeki CO2 molekülü ortama bir H+ vermiş olmasının yanında baz karekterdeki HCO3
- iyonu da oluşmuştur. Öyleyse H+ iyonunu HCO3
- iyonu etkisiz hale getirebilir, böylece de organizmanın asit-baz dengesinde değişikliğe sebep olmaz diye düşünebiliriz. Ancak unutulmamalıdır ki, reaksiyon CO2’in oluşma hızına göre devamlı sağa doğrudur. Ayrıca litresinde 40 nMol H+ iyonu bulunan sıvıya 1 H+ ilave edilmesi ile litresinde 24 mMol HCO3- iyonu bulunan sıvıya 1 HCO3- iyonu ilave edilmesinin etkisi, asit-baz denge açısından aynı değildir. Miktar olarak litrede milyon kat daha az olan miktara bir iyon eklenmesinin dengeyi H+ iyonu açısından nasıl büyük oranda etkiliyeceğini böylece anlıyabiliriz.
Bikarbonat/Karbonik asit tampon sistemi sabit asit ve bazlara karşı oldukça etkilidir;
HCl + NaHCO3 NaCl + H2CO3
Görüldüğü gibi tampon sistemin etkisi ile, kuvvetli bir asit olan HCl, daha az dissosiye olan zayıf bir asit haline dönüşür.
Aynı şekilde kuvvetli bazların organizmaya girişinde;
NaOH + H2CO3 NaHCO3 + H2O reaksiyonunda olduğu gibi, HCO3
- meydana gelir. Denilebilir ki vücuda her ne şekilde olursa olsun giren bazların tümü, bu sistem tarafından otomatik olarak HCO3
-‘a dönüşür.
Kliniksel incelemelerde asit-baz dengedeki bozuklukların saptanması, arteriyel kandaki Pco2 ve pH’nın tayini ile mümkün olabilir. Bu parametreler kullanılarak nomogram yardımıyla, diğer asit-baz denge parametreleri ile plazmanın Total CO2 miktarı da tayin edilebilir.
Total CO2 = [HCO3-
] + [CO2]çöz.
[HCO3-
] = Total CO2 – [CO2]çöz [CO2] çöz. = α . Pco2'dir.
Henderson-Hasselbalch denklemi;
pH = pK + log . (Total CO2 - α . Pco2)/ α . Pco2
şeklinde de yazılabilir.
Organizmada CO2’nin akciğerler ve HCO3
- iyonlarının da böbrekler yoluyla düzenlenmesinden dolayı Gilman, Henderson-Hasselbach denkleminin,
pH = Sabite + Böbrekler/Akciğerler şeklinde yazılmasını önerir.
b) Monobazik fosfat/ Dibazik fosfat Tampon Sistemi
pH’nın fizyolojik değerleri göz önünde tutulursa, fosfat tampon sisteminin bikarbonat tampon sistemine göre daha fazla etkili olacağı düşünebilir. Çünkü bu tampon sistemin pK’sı 6,8'dir. Bu değer ekstrasellüler sıvıdaki pH değerlerine, H2CO3/HCO3
-‘ın pK değerine göre, daha yakındır. Ancak pH’nın düzenlenmesinde geniş bir rol oynaması için kandaki miktarı yeterli değildir.
Buna karşın, böbreklerde ve intrasellüler sıvılarda H+ iyonlarının düzenlenmesinde, önemli bir mekanizmadır, Çünkü fosfat konsantrasyonu intrasellüler sıvıda, ekstrasellüler sıvıya göre daha çoktur. Ayrıca, fosfat tampon sisteminin pK’sı hücre içindeki pH’ya, hücre dışındaki pH’ya göre daha yakındır.
Dibazik fosfat/Monobazik fosfat (HPO4=/H2PO4-) oranı 4’e eşittir.
Bu tampon sistemin bulunduğu çözelti içersine kuvvetli bir asit ilave edilirse;
HCl + Na2 HPO4 NaH2PO4 + NaCl
HCl’e göre daha zayıf bir asit (NaH2PO4) ile bir tuz meydana gelir. Bu yüzden çözeltinin pH’sı ilave edilen asitin etkinliğine rağmen çok az değişir.
Ortama kuvvetli bir baz (NaOH) ilave edilirse;
NaOH + NaH2PO4 Na2 HPO4 + H2O reaksiyonu meydana gelir.
Bu defa oluşan Na2 HPO4’in, NaOH’e göre daha zayıf bir baz olduğunu ve bu nedenle pH’ın çok küçük miktarda değişeceğini söyleyebiliriz.
c) Proteinat/Protein Tampon Sistemi (H .Prot / Prot -)
Plazmanın ve interstisyel sıvının proteinleri ile intrasellüler proteinler vücutta kimyasal tamponlama bakımından oldukça önemlidirler. Hem proton alırlar ve hem de proton yani H+ iyonu verirler. Protein molekülleri belirtilen özelliğinden dolayı bir çok asit ve bazik grublar ihtiva ederler. Bu nedenle amfoter bileşiklerdir.
Şekil 2’de görüldüğü gibi protein molekülünün yapısı içersinde hem pozitif ve hem de negatif yüklü grublar vardır. H+ iyonu, molekül içersinde serbest olarak gezinebilir. Bu şekilde bir pozitif ve bir negatif yüke sahip olduğundan elektriksel olarak nötürdür (izoelektrik). Bazik grup, asit eriyiklerde H+ iyonlarını çekip alarak bir tampon gibi rol oynar ve katyonları oluşturur. Asit grup, alkalik bir eriyikte H+ iyonu vererek, bir tampon gibi rol oynar ve anyonları oluşturur.
Eriyiğe 4 H+ iyonu ilave edildiği zaman, bunlardan üçü COO- grubları ile birleşir, bu grubların iyonizasyonunu ortadan kaldırır ve ayrışmamış COOH grubları oluşturur. Çözelti içersinde bir H+ iyonu serbest kalır ve 4 H+ iyonu bulunduğu duruma göre, çözeltiyi daha az asit yapar. Örnek olarak verdiğimiz reaksiyonda bir H+ iyonu açıkta, serbest olarak kalmış görünmektedir. Oysa bu da tamponlanmış olabilirdi. Veya tüm H+ iyonları, tamponlanarak etkisiz hale getirilebilirdi. Elbetteki bunlar da mümkün olabilirdi. Belirttiğim sonuçlardan herhangi birinin meydana gelmesi, tamamen tampon sistem olarak proteinin pK değerine bağlıdır. Çünkü bir proteinin tampon gücü, pK’sını tayin ederek
bulunabilir. Her bir proteinin değişik pK değerleri vardır. Bu yüzden pH’nın geniş bir sahasında tampon rolü oynayabilirler.
Şekil 2: Protein Tampon Sistemi
Đzohidri Prensibi
Bir sıvıda birden fazla kimyasal tampon sistem varsa, H+ iyonundaki değişiklikler tüm bu tampon sistemleri etkiler. Her bir tampon sistem, pH’nın kendi pK değerine yakın olduğu zaman tamponlamaya daha büyük ölçüde katılır. Đşte vücut sıvılarında bulunan tampon sistemler arasında izohidri ilkesine uygun bir denge bulunur. Örnek olarak plazmada;
pH = pK1 + log [HCO3
-] / α . Pco2 = pK2 + log [HPO4
= ] / [H2PO-4 = pK3 + log [Prot.-] /[H.Prot.]
dengesi vardır.
Dışarıdan giren veya organizmada oluşan asit veya bazın tamponlanması sırasında, bir tampon sistemin asit/baz oranının değişmesi, diğerlerinin de yeniden ayarlanmasına neden olur. Organizma solunum ve boşaltım sistemleriyle özellikle kandaki [HCO3
-] / α . Pco2 oranını ayarlamakta, diğerleri de sekonder olarak bu yoldan düzenlenmektedir. Ayrıca kanda [HCO3
-]’nunun 24 mEq/L, [Prot.-] = 16 mEq/L ve [HPO4
=] = 2 mEq/L olduğu da göz önünde tutulursa miktar bakımından da en önemli ve etkili tampon sistemin [H2CO3]/
[HCO3
-] tampon sistemi olduğunu söyliyebiliriz.
d) Hemoglobin Tampon Sistemi
Eritrositler içersindeki en önemli tampon sistemdir. Hemoglobin de diğer protein tampon sistemlerde belirtildiği gibi değişik asit ve bazik grublar ihtiva eder. Hemoglobinin tampon etkisinin büyük bir kısmı histidinin imidazol grupları tarafından yerine getirilir (Şekil 3). Đmidazol grubun pK’sı 7.1'dir ve bu değer kan pH’sının fizyolojik sınırları içersindedir.
Şekil 3: Hemoglobin Tampon Sistemi
Eritrositler içersinde hızla karbonik asitin iyonizasyonu ile oluşan H+ iyonları,indirgenmiş hemoglobin tarafından tamponlanır. Aynı anda oluşan HCO3
- iyonları da eritrositler ile plazma arasında dağılır.
H2CO3 + Hb- HHb + HCO3 -
Hemoglobin tampon sistemi için,
pH = pKHb + log [Hb-] / [HbH]yazılabilir.
Aslında iki tampon hemoglobin vardır; indirgenmiş hemoglobin ve oksihemoglobin. Đndirgenmiş hemoglobin, oksihemoglobine göre daha zayıf bir asittir. Fizyolojik sınırlar içersinde Hb’nin ve Hb O2’nin titrasyon eğrileri birbirine pareleldir (Şekil 4).
Şekil 4: Hb ve HbO2’nin titrasyon eğrileri
1 mEq HbO2, indirgenmiş Hb haline geldiği zaman, pH 0,043 ünite kadar artar (sağa kayar); eğer indirgenmiş hemoglobin tekrar orijinal pH’ına titre edilirse 0,3 mMol kadar H+ iyonu ilave etmek gerekir. Görüldüğü gibi 1 mEq indirgenmiş Hb, 0,3 mMol H+ iyonu bağladığı zaman pH değeri ancak 0,043 kadar azalır. Bu çok önemli bir fonksiyondur.Đndirgenmiş hemoglobin belirtilen miktardaki H+ iyonlarının çok büyük bir kısmının etkisini ortadan kaldırmakta, çok az bir miktarı da serbest kalmaktadır. Kana asit ilave edildiği zaman HbO2
dissosiyasyon eğrisini, HbO2 ‘den daha fazla O2 serbestleştirecek şekilde sağa kaydırır (Bohr etkisi) (Şekil 5).
Şekil 5: Hemoglobinin dissasiyasyon eğrisi
HbO2‘den O2 kaybı daha zayıf bir asit olan indirgenmiş Hb’nin meydana gelmesine sebep olmaktadır. Bu zayıf asit de pH’da herhangi bir değişiklik meydana gelmeden veya minimal seviyede bir değişiklikle daha fazla H+ iyonları bağlayabilir. Yukarıda belirtildiği gibi HbO2’nin indirgenmiş hemoglobinden daha asit olarak tanımlanması çok farklı bir bakış açısı nedeniyledir.
HbO2,indirgenmiş hemoglobin kadar H+ iyonu bağlayamaz. Hemoglobinin O2‘ni bıraktığı zaman şekli değişir ve daha çok H+ iyonu bağlayabilecek forma girer.Belli miktardaki H+ iyonu aynı değerlerdeki HbO2 ve indirgenmiş Hb ortamlarına ilave edilirse; HbO2’nin bulunduğu ortamdaki serbest H+ iyonu, indirgenmiş hemoglobinin bulunduğu ortamdaki serbest H+ iyonlarından daha fazla olacak ve ortam daha asit özellik gösterecektir. HbO2’nin yapısından dolayı bulunduğu ortamın asit karekterde olması nedeniyle bu tanım yapılmıştır.
Bu olay, dokularda oluşan CO2’in akciğerlere taşınması sırasında, kanın nötralitesinin devamını sağlar. Eğer Hb olmasaydı, CO2 sadece plazmada erimiş olarak taşınmış olsaydı, venöz kanın, arteriyel kana göre 800 kat daha asit olabileceği hesaplanmıştır.
Hb olmasaydı pHv = 4,5 olurdu. Oysa pHv = 7.37 kadardır.
CO2’in fazla meydana geldiği egzersizlerde, HbO2’nin Hb’ne indirgenmesi hızı da artar. Böylece H+ iyonlarının tamponlanma kapasitesi de artırılmış olacaktır. Bununla şunu söyliyebiliriz ki; doku kılcal damarlarında O2’nin dokuya verilmesi ve CO2’in dokudan alınması gibi iki olay da önemlidir.
Hb’nin plazma proteinlerine oranla miktarı daha fazladır (1 litre kan 150gr Hb, 38,5gr. plazma proteini içerir). Ayrıca Hb’nin tampon değeri de daha büyüktür. pH 7,5’den, 6,5 ‘a indirildiğinde 1 gr. HbO2 0,183 mEq, 1 gr. plazma proteini ise 0,11 mEq H+ iyonu bağlar.
150 . 0,183 = 27,5 mEq 1 litre kandaki Hb’nın bağladığı H+ iyonu 38,5 . 0,11 = 4,24 mEq 1 litre kanın plazma proteinlerinin bağladığı H+ iyonu. Sonuçta Hb, plazma proteinlerine oranla yaklaşık 6 kat daha fazla H+ iyonu bağlayacaktır (27,5/4,24≅6).
1. 4. Asit-Baz Dengenin Fizyolojik Düzenleme Mekanizmaları 1. 4. 1. Asit-Baz Dengenin Solunumla Düzenlenmesi
Solunum faaliyetinin ayarlanmasıyla kimyasal tamponlamanın 1-2 katı kadar fayda sağlanabilir.
Fizyolojik koşullarda alveoler vantilasyon, arteriyel kanda Pco2’nı 40mmHg dolaylarında tutar. Böylece erimiş CO2’in 1,2 mMol/L, [HCO3
-] / α . Pco2 oranının da 20 kadar olması sağlanır. Metabolizmanın artması veya hiperkapnik gaz solunması ile CO2 parsiyel basıncı arteriyel kanda çoğalırsa, santral ve periferik kimoreseptörlerin uyarılmasıyla, solunum hızlandığından CO2
kolayca uzaklaştırılabilir. Hipervantilasyon meydana gelmiştir. H+ iyonlarının metabolik asitler nedeniyle çoğalması da aynı reseptörler aracılığıyla solunumu hızlandırır. Bunun aksine arteriyel kanda Pco2’nin azalması veya HCO3-
‘ın artması H+’nun azalması anlamına geleceği için solunum yavaşlar.
Hipovantilasyon meydana gelir.
Solunum faaliyetlerindeki artma ya da azalmalar kan ve ona paralel olarak bütün vücut sıvılarında CO2 parsiyel basıncıyla birlikte H+ iyonu konsantrasyonunu da düzenler.
1. 4. 2. Asit – Baz Dengenin Böbrekler Yoluyla Düzenlenmesi Böbrekler, Henderson-Hasselbalch denkleminde [HCO3
-]’nu değiştirerek vücut sıvılarında [H+ ]’nu dengeleme reaksiyonunda etkili olur.
Bikarbonat iyonlarının ayarlanması ise, tubulus sıvısına H+ ‘ları ve NH3
sekresyonu ile Na+ ve HCO3
- reabsorpsiyonu yardımıyla sağlanır.
Proksimal tubuluslarda daha büyük ölçüde olmak üzere, böbrek tubulusları boyunca H+’ları sekresyonu yer alır. Bu iyonların kaynağı, hücrede oluşan, tubulus sıvısından ve ekstrasellüler sıvılardan gelen CO2‘dir (Şekil 6).
Tubulus hücrelerinde, fazla miktarda bulunan karbonik anhidraz enzimi yardımıyla, CO2’den oluşan karbonik asit dissosiye olur ve H+ iyonları aktif olarak tubulus sıvısına sekresyona uğrar. Aktif sekresyon tubulus sıvısında pH 4,5’a düşünceye kadar sürebilir. H+ iyonlarının sekresyonu sırasında Na+ iyonlarının reabsorpsiyonu, tubulus sıvısında ve ekstrasellüler sıvılarda elektriksel nötürlüğün korunması açısından da önemlidir.
Her hidrojen iyonunun sekresyonuna karşılık bir bikarbonat iyonunun ekstrasellüler sıvıya dönüşüne, tubulus sıvısından bir bikarbonat iyonunun eksilmesi eşlik eder. Ekstrasellüler sıvıya dönen bikarbonat, tubulustan gelenin aynı olmamakla beraber, gene de her hidrojen iyonu sekresyonu sırasında bir bikarbonat iyonu reabsorbe olur diyebiliriz.
Böbrek tüp hücrelerinde amino asitlerden ve bilhassa glutaminden NH3 +
meydana gelir. Bunu böbrek lümenine boşaltır. NH3
+ asitlerle birleşerek bazların yerine görev yapar. Serbest kalan bazlar geriye emilerek, baz ekonomisi sağlanır.
Alkaloz durumunda pHa yükselir, Henderson-Hasselbalch denklemine göre, HCO3-
konsantrasyonu CO2’e oranla daha fazla artmıştır. CO2’in azalması nedeniyle tubuluslarda H+ iyonu sekresyonu da azalır. Tubulus sıvısından HCO3-
reabsorpsiyonunu başlatacak H+ iyonlarının eksikliği, HCO3- iyonlarının idrarla çıkarılmasına yol açar. Na+ iyonları da birlikte atılır. Böylece vücut sıvılarında pH normal değerine doğru yönelir.
Şekil 6: Böbreklerde bikarbonat düzenlenmesi
Asidozda ise arteriyel kanda bikarbonat konsantrasyonuna göre, CO2
miktarı veya hidrojen iyonları konsantrasyonu artmıştır. Hidrojen iyonlarının fazla miktarda sekresyonuna neden olan bu durum, bikarbonatın reabsorpsiyonunu
hızlandırarak, ekstrasellüler sıvılarda bikarbonat iyonlarını çoğaltır. Böylece ekstrasellüler sıvılarda pH’nın normal değerlerine doğru yükselmesi, asidozu kompanse duruma çevirir.
Asit-baz dengesinin genel incelenmesi amacıyla kandaki çeşitli parametreler ölçülür. Bunun nedeni kanın kolayca elde edilebilmesidir. Bu yöntemde hücre çeperi ve kapiller çeperin H+ iyonlarına geçirgen olduğu varsayımından yola çıkılmaktadır. Ancak çeşitli araştırmalar kanın daima başka vücut sıvılarının reaksiyonunu yansıtmadığını ortaya koymuştur. CO2’e bağlı olmayan asit-baz denge değişikliklerinde bu durum gözlenebilir. Çünkü H+ iyonlarının membranlardan taşınması farklı mekanizmaların devreye girmesiyle gerçekleşir. Bu nedenle özel koşullarda ekstrasellüler sıvı ve dokularda asit-baz parametreleri ayrı ayrı araştırılır.
BÖLÜM 3
ASĐT – BAZ DENGE BOZUKLUKLARI
Organizmada arteriyel kan pH’sının normal sınırları 7.40 ± 0.04 arasındadır ve bu, α. PCO2 / [HCO3
-] = 1 / 20 oranına bağlıdır. Bu oran sabit kaldığı sürece kan reaksiyonu değişmez. Eğer kanda H+ iyonları artarak pH, 7,36’nın altına düşerse bu olaya asidoz, kanda H+ iyonları azalıp (OH- iyonları artarak) pH, 7,44’ün üstüne çıkarsa, bu olaya alkaloz denir. Artan veya azalan H+ iyonları (ve OH- iyonları) vücut sıvılarında bulunan kimyasal tampon sistemler, solunum ve boşaltım gibi fizyolojik mekanizmalarla önlenebilirse, kompanse edilmiş asidoz ve alkaloz meydana gelir. Önlenemezse kompanse edilmeyen asidoz ve alkaloz adını alır.
Asidoz ve alkaloz solunumsal veya metabolik tipte olabilir.
1. 1. Solunumsal Asidoz
Normalin üzerinde CO2 içeren hava solunmasında, pulmoner veya merkezi sinir sistemi lezyonlarının varlığında kanda Pco2 yükselir. Buna bağlı olarak karbonik asit (H2CO3) miktarı artar.Bu durum H+ iyonlarının artışına neden olacaktır.
Ayrıca morfin zehirlenmesinde, narkozda solunum merkezi eksitabilitesinin azalması sonucu arteriyel Pco2 artarak pH düşer ve solunumsal asidoz meydana gelir.
Kan pH’sındaki bu azalmayı önlemek için önce kimyasal tampon sistemler devreye girer. Asit-baz dengedeki problem solunumun yetersizliği nedeniyle oluştuğu için, yani solunum meydana gelmiş olan dengesizliği düzeltemediği için böbrekler etkili olur. Fazla H+ iyonları böbreklerden dışarı atılır, idrar asitleşir;
ultrafiltrata geçen ----
3333H C O H C OH C O
H C O iyonları kana resorbe edilerek ααα. Pcoα 2 /[[[[HCO3
-]]]] = 1 /20 oranı sabit tutulmaya çalışılır. Böylece kompanse edilmiş solunumsal asidoz meydana gelir.
1. 2. Metabolik Asidoz
Böbrekler tarafından serbestce atılamayan organik ve inorganik asitlerin vücutta birikimiyle bikarbonat miktarı düşer. Sabit asitlerin dissosiyasyonu sonucu meydana gelen H+ iyonları vücutta pH’nın azalmasına ve metabolik asidozun oluşmasına neden olur. Ayrıca metabolik asidoz; şeker hastalığında, egzersizde kasların fazla çalışması sonucunda yüksek miktarda açığa çıkan laktik asitin etkisiyle, aşırı açlıkta kanda keton cisimlerinin artmasında, fazla H+ iyonlarının idrarla çıkarılmaması halinde de meydana gelebilir.Yani böbrekler bir şekilde dışarıya atılması gereken miktardaki H+ iyonlarını yeteri kadar atamaz.
Böyle bir durumda solunumun yardımına ihtiyaç vardır. -
3H C O iyonlarının azalmasına bağlı olarak azalan [[[[ ----
3333H C O H C O H C O
H C O ]]]]/αααα. Pco2 oranını sabit tutmak için, H+ iyonlarının artmasından dolayı solunum merkezi uyarılır, solunum hızlanarak kanda Pco2
'de düşürülür. Böbreklerden de yeterli olmasa bile H+ iyonu sekresyonu ve HCO3−−−− resorpsiyonu artırılır. Bu şekilde asidoz önlenebilirse buna kompanse edilmiş metabolik asidoz adı verilir.
1. 3. Solunumsal Alkaloz
Solunum merkezinin çeşitli nedenlerle stimülasyonu sonucu meydana gelen hipervantilasyon ile kanda Pco2 azalır. Anksiyeteye bağlı olan hipervantilasyonda (hipervantilasyon sendromu), merkezi sinir sistemi lezyonlarında, beyin tümörlerinde ve intrakraniyel cerrahi sırasında, arteriyel Pco2’
nin azalmasına bağlı olarak [[[[ ----
3333H C O H C OH C O
H C O ]]]] /αααα.Pco2 oranı bozulur ve pH yükselir.
Buna solunumsal alkaloz denir. Ayrıca hipoksi gibi spesifik olmayan uyaranlar, ateş, salisilatlar ve sulfonamidler de solunumsal alkaloza neden olabilirler. Böyle bir durumda asit-baz dengenin düzenlenmesi için solunum yetersiz kalmıştır.
Yükselen kan pH’ını düşürmek amacıyla idrarla H+ iyonu atılımı azalır,
-3
H C O çıkarılması artar ve böylece alkaloz önlenebilirse, kompanse edilmiş solunumsal alkaloz tablosu ortaya çıkar. Ayrıca kompansasyon mekanizmalarına ek olarak K+ iyonu ekstrasellüler sıvıdan hücrelere geçer; H+ ve Na+ iyonları hücrelerden ekstrasellüler sıvıya hareket ederler.
