التوازن الحمضي القاعدي

الموسوعة الحرة

التوازن الحمضي القاعدي هو تنظيم درجة حموضة السائل خارج الخلوي في الجسم . [ 1 ] يُعد التوازن الصحيح بين الأحماض والقواعد (أي درجة الحموضة) في السائل خارج الخلوي أمرًا بالغ الأهمية للوظائف الفسيولوجية الطبيعية للجسم، وللاستقلاب الخلوي . [ 1 ] يجب الحفاظ على درجة حموضة السائل داخل الخلوي والسائل خارج الخلوي عند مستوى ثابت. [ 2 ]

تتأثر البنية ثلاثية الأبعاد للعديد من البروتينات خارج الخلوية، مثل بروتينات البلازما وبروتينات غشاء خلايا الجسم ، بشدة بدرجة حموضة الوسط خارج الخلوي. [ 3 ] [ 4 ] ولذلك، توجد آليات دقيقة للحفاظ على درجة الحموضة ضمن نطاق ضيق للغاية. فخارج النطاق المقبول لدرجة الحموضة، تتعرض البروتينات للتلف (أي تتشوه بنيتها ثلاثية الأبعاد)، مما يؤدي إلى خلل في وظائف الإنزيمات وقنوات الأيونات (وغيرها).

يُعرف اختلال التوازن الحمضي القاعدي باسم الحماض عندما يكون الرقم الهيدروجيني حمضيًا، أو القلاء عندما يكون الرقم الهيدروجيني قلويًا .

خطوط الدفاع

في البشر والعديد من الحيوانات الأخرى، يتم الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي من خلال آليات متعددة تشارك في ثلاثة خطوط دفاعية: [ 5 ] [ 6 ]

  1. كيميائياً: تتمثل خطوط الدفاع الأولى في آليات فورية، تتألف من مختلف المواد الكيميائية المنظمة التي تقلل من تغيرات الرقم الهيدروجيني التي قد تحدث في غيابها. وتشمل هذه المواد المنظمة نظام بيكربونات الصوديوم ، ونظام فوسفات الصوديوم ، ونظام بروتينات الصوديوم . [ 7 ]
  2. المكون التنفسي: يتمثل خط الدفاع الثاني في التحكم السريع بتركيز حمض الكربونيك ( H₂CO₃ ) في السائل خارج الخلوي عن طريق تغيير معدل وعمق التنفس من خلال فرط التهوية أو نقص التهوية . يؤدي ذلك إلى طرد أو احتفاظ ثاني أكسيد الكربون (وبالتالي حمض الكربونيك) في بلازما الدم حسب الحاجة. [ 5 ] [ 8 ]
  3. المكون الأيضي: خط الدفاع الثالث بطيء، ويُقاس بشكل أفضل بفائض القاعدة ، [ 9 ] ويعتمد في الغالب على الجهاز الكلوي الذي يمكنه إضافة أو إزالة أيونات البيكربونات ( HCO₃⁻ ) من أو إلى السائل خارج الخلوي. [ 5 ] تُستمد أيونات البيكربونات من ثاني أكسيد الكربون الأيضي الذي يتحول إنزيميًا إلى حمض الكربونيك في خلايا الأنابيب الكلوية . [ 5 ] [ 10 ] [ 11 ] هناك، يتفكك حمض الكربونيك تلقائيًا إلى أيونات الهيدروجين وأيونات البيكربونات. [ 5 ] عندما ينخفض ​​الرقم الهيدروجيني في السائل خارج الخلوي، تُفرز أيونات الهيدروجين في البول، بينما تُفرز أيونات البيكربونات في بلازما الدم، مما يؤدي إلى ارتفاع الرقم الهيدروجيني للبلازما. [ 12 ] يحدث العكس إذا كان الرقم الهيدروجيني في السائل خارج الخلوي يميل إلى الارتفاع: تُفرز أيونات البيكربونات حينها في البول وأيونات الهيدروجين في بلازما الدم.

يعمل خطّا الدفاع الثاني والثالث عن طريق تغيير المحاليل المنظمة، التي يتكون كل منها من عنصرين: حمض ضعيف وقاعدته المرافقة . [ 5 ] [ 13 ] وتُحدد نسبة تركيز الحمض الضعيف إلى تركيز قاعدته المرافقة درجة حموضة المحلول. [ 14 ] وبالتالي، من خلال التحكم أولًا في تركيز الحمض الضعيف، ثم تركيز قاعدته المرافقة، يمكن ضبط درجة حموضة السائل خارج الخلوي بدقة عالية إلى القيمة الصحيحة. يُعد محلول البيكربونات المنظم، المكون من خليط من حمض الكربونيك (H₂CO₃ ) وملح البيكربونات ( HCO₃⁻ ) في محلول، أكثر المحاليل المنظمة وفرةً في السائل خارج الخلوي، وهو أيضًا المحلول المنظم الذي يمكن تغيير نسبة حمضه إلى قاعدته بسهولة وسرعة . [ 15 ]

توازن الحموضة والقلوية

يُضبط الرقم الهيدروجيني للسائل خارج الخلوي، بما في ذلك بلازما الدم، عادةً بدقة بين 7.32 و7.42 بواسطة المواد الكيميائية المنظمة ، والجهاز التنفسي ، والجهاز الكلوي . [ 13 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 1 ] يختلف الرقم الهيدروجيني الطبيعي في الجنين عن نظيره في البالغ. ففي الجنين، يتراوح الرقم الهيدروجيني في الوريد السري عادةً بين 7.25 و7.45، بينما يتراوح في الشريان السري عادةً بين 7.18 و7.38. [ 19 ]

تتفاعل المحاليل المنظمة المائية مع الأحماض القوية أو القواعد القوية عن طريق امتصاص أيونات الهيدروجين الزائدة .الأيونات، أو OH −تعمل المحاليل المنظمة على استبدال الأحماض والقواعد القوية بأحماض وقواعد ضعيفة . [ 13 ] ويؤدي ذلك إلى تخفيف تأثير تغيرات الرقم الهيدروجيني، أو تقليل التغير الذي كان سيحدث لولا ذلك. لكن هذه المحاليل لا تستطيع تصحيح مستويات الرقم الهيدروجيني غير الطبيعية في المحلول، سواء كان ذلك المحلول في أنبوب اختبار أو في السائل خارج الخلوي. تتكون المحاليل المنظمة عادةً من زوج من المركبات في المحلول، أحدهما حمض ضعيف والآخر قاعدة ضعيفة. [ 13 ] يتكون المحلول المنظم الأكثر وفرة في السائل خارج الخلوي من محلول حمض الكربونيك (H₂CO₃ ) وملح البيكربونات ( HCO₃⁻ ) الذي يكون عادةً للصوديوم (Na⁺ ) . [ 5 ] وبالتالي ، عند وجود فائض من أيونات الهيدروكسيد (OH⁻ ) ،تعمل أيونات الهيدروجين الموجودة في المحلول، والتي يُعادلها حمض الكربونيك جزئيًا، على معادلة هذه الأيونات بتكوين الماء (H₂O) وأيونات البيكربونات (HCO₃⁻). [5][15 ] وبالمثل ، يُعادل فائض أيونات الهيدروجين ( H⁺ ) جزئيًا بواسطة مكون البيكربونات في المحلول المنظم لتكوين حمض الكربونيك (H₂CO₃ ) ، والذي، نظرًا لكونه حمضًا ضعيفًا، يبقى في الغالب في صورته غير المتأينة، مُطلقًا عددًا أقل بكثير من أيونات الهيدروجين (H⁺) في المحلول مقارنةً بما كان سيُطلقه الحمض القوي الأصلي. [ 5 ]

يعتمد الرقم الهيدروجيني للمحلول المنظم كلياً على نسبة التركيز المولي للحمض الضعيف إلى تركيز القاعدة الضعيفة. فكلما زاد تركيز الحمض الضعيف في المحلول (مقارنةً بالقاعدة الضعيفة)، انخفض الرقم الهيدروجيني الناتج. وبالمثل، إذا كانت القاعدة الضعيفة هي السائدة، ارتفع الرقم الهيدروجيني الناتج.

يُستغل هذا المبدأ لتنظيم درجة حموضة السوائل خارج الخلوية (بدلاً من مجرد معادلة الحموضة). ففي محلول حمض الكربونيك-بيكربونات ، ينتج عن نسبة مولية للحمض الضعيف إلى القاعدة الضعيفة 1:20 درجة حموضة 7.4؛ والعكس صحيح، فعندما تكون درجة حموضة السوائل خارج الخلوية 7.4، تكون نسبة أيونات حمض الكربونيك إلى أيونات البيكربونات في ذلك السائل 1:20. [ 14 ]

معادلة هندرسون-هاسلبالش

تنص معادلة هندرسون -هاسلبالخ ، عند تطبيقها على نظام حمض الكربونيك-بيكربونات في السوائل خارج الخلوية، على ما يلي: [ 14 ]

صح=صكأ ح2جيا3+سجل10⁡([حجيا3-][ح2جيا3])،// _{3}]}}\يمين)،}

أين:

  • الرقم الهيدروجيني هو اللوغاريتم السالب (أو اللوغاريتم المكمل ) للتركيز المولي لأيونات الهيدروجين في السائل خارج الخلية.
  • pKa H2CO3 هو اللوغاريتم الطبيعي لثابت تفكك حمض الكربونيك . وهو يساوي 6.1 .
  • [HCO − 3 ] هو التركيز المولي للبيكربونات في بلازما الدم.
  • [H 2 CO 3 ] هو التركيز المولي لحمض الكربونيك في السائل خارج الخلوي.

ومع ذلك، بما أن تركيز حمض الكربونيك يتناسب طرديًا مع الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون (Pجيا2{\displaystyle P_{{\mathrm {CO} }_{2}}}) في السائل خارج الخلية، يمكن إعادة كتابة المعادلة على النحو التالي : [ 5 ] [ 14 ]

صح=6.1+سجل10⁡([حجيا3-]0.0307×Pجيا2)،{\displaystyle \mathrm {pH} =6.1+\log _{10}\left({\frac {[\mathrm {HCO} _{3}^{-}]}{0.0307\times P_{\mathrm {CO} _{2}}}}\right)،}

أين:

  • الرقم الهيدروجيني هو اللوغاريتم السالب للتركيز المولي لأيونات الهيدروجين في السائل خارج الخلية.
  • [HCO − 3 ] هو التركيز المولي للبيكربونات في البلازما.
  • P CO 2 هو الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في بلازما الدم.

وبالتالي، يمكن التحكم في درجة حموضة السوائل خارج الخلوية عن طريق تنظيمPجيا2{\displaystyle P_{{\mathrm {CO} }_{2}}}والأحماض الأيضية الأخرى.

آليات التوازن الداخلي

يمكن للتحكم في التوازن الداخلي أن يُغير ضغط ثاني أكسيد الكربون الجزئي (PCO2 ) ، وبالتالي درجة حموضة بلازما الدم الشرياني، في غضون ثوانٍ معدودة. [ 5 ] ويتم رصد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الدم الشرياني بواسطة المستقبلات الكيميائية المركزية في النخاع المستطيل . [ 5 ] [ 20 ] وتتأثر هذه المستقبلات الكيميائية بمستويات ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحموضة في السائل النخاعي . [ 14 ] [ 12 ] [ 20 ]

ترسل المستقبلات الكيميائية المركزية معلوماتها إلى مراكز التنفس في النخاع المستطيل وجسر الدماغ . [ 12 ] ثم تحدد مراكز التنفس متوسط ​​معدل تهوية الحويصلات الهوائية في الرئتين ، للحفاظ على ضغط ثاني أكسيد الكربون الجزئي (PCO2 ) في الدم الشرياني ثابتًا. ويتم ذلك عبر الخلايا العصبية الحركية التي تُنشط عضلات التنفس (وخاصة الحجاب الحاجز ). [ 5 ] [ 21 ] يؤدي ارتفاع ضغط ثاني أكسيد الكربون الجزئي في بلازما الدم الشرياني فوق 5.3 كيلو باسكال (40 ملم زئبق) إلى زيادة انعكاسية في معدل وعمق التنفس . ويستأنف التنفس الطبيعي عندما يعود الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون إلى 5.3 كيلو باسكال. [ 8 ] ويحدث العكس إذا انخفض الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون عن المعدل الطبيعي. وقد يتوقف التنفس مؤقتًا، أو يتباطأ للسماح لثاني أكسيد الكربون بالتراكم مرة أخرى في الرئتين والدم الشرياني.   

لا يُعرف على وجه اليقين المستشعر المسؤول عن تركيز أيونات البيكربونات (HCO₃⁻) في البلازما . ومن المرجح أن خلايا الأنابيب الكلوية في الأنابيب الملتوية البعيدة حساسة لدرجة حموضة البلازما. ينتج عن استقلاب هذه الخلايا ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ، الذي يتحول بسرعة إلى أيونات الهيدروجين (H⁺) وأيونات البيكربونات (HCO₃⁻ ) بفعل إنزيم الأنهيدراز الكربوني . [ 5 ] [ 10 ] [ 11 ] عندما تميل السوائل خارج الخلوية إلى الحموضة، تفرز خلايا الأنابيب الكلوية أيونات الهيدروجين (H⁺ ) في السائل الأنبوبي، ومن ثم تخرج من الجسم عبر البول. وفي الوقت نفسه، تُفرز أيونات البيكربونات (HCO₃⁻) في بلازما الدم، مما يرفع تركيز أيونات البيكربونات في البلازما، ويقلل نسبة حمض الكربونيك إلى أيونات البيكربونات، وبالتالي يرفع درجة حموضة البلازما. [ 5 ] [ 12 ] يحدث العكس عندما يرتفع الرقم الهيدروجيني للبلازما فوق المعدل الطبيعي: تُفرز أيونات البيكربونات في البول، وأيونات الهيدروجين في البلازما. تتحد هذه الأيونات مع أيونات البيكربونات في البلازما لتكوين حمض الكربونيك (H + + HCO3- ) .⇌{\displaystyle \rightleftharpoons }H 2 CO 3 )، مما يؤدي إلى رفع نسبة حمض الكربونيك إلى البيكربونات في السوائل خارج الخلوية، وإعادة درجة الحموضة إلى وضعها الطبيعي. [ 5 ]

بشكل عام، ينتج عن عملية الأيض أحماض فضلات أكثر من القواعد. [ 5 ] يكون البول الناتج حمضيًا في الغالب، ويتم معادلته جزئيًا بواسطة الأمونيا (NH3 ) التي تُفرز في البول عندما تُنزع مجموعة الأمين من الغلوتامات والغلوتامين (حاملات مجموعات الأمين الزائدة غير الضرورية) بواسطة الخلايا الظهارية الأنبوبية الكلوية البعيدة . [ 5 ] [ 11 ] وبالتالي، فإن جزءًا من "المحتوى الحمضي" للبول يكمن في محتوى أيون الأمونيوم (NH4+) الناتج في البول ، على الرغم من أن هذا لا يؤثر على توازن الرقم الهيدروجيني للسوائل خارج الخلوية. [ 5 ] [ 22 ]

عدم التوازن

مخطط حمضي قاعدي لبلازما الإنسان، يوضح التأثيرات على درجة حموضة البلازما عندما يكون ضغط ثاني أكسيد الكربون ( PCO2 ) بالمليمتر الزئبقي أو فائض القاعدة القياسي (SBE) زائدًا أو ناقصًا في البلازما [ 23 ].

يحدث اختلال التوازن الحمضي القاعدي عندما يتسبب عامل ضار كبير في انحراف درجة حموضة الدم عن النطاق الطبيعي (من 7.32 إلى 7.42 [ 16 ] ). يُطلق على انخفاض درجة الحموضة بشكل غير طبيعي في السائل خارج الخلوي اسم الحماض ، بينما يُطلق على ارتفاعها بشكل غير طبيعي اسم القلاء .

يشير مصطلحا الحماض والقلاء بشكلٍ واضح إلى التغير الفعلي في درجة حموضة السائل خارج الخلوي. [ 24 ] وهناك مصطلحان آخران متشابهان في اللفظ، وهما الحماض والقلاء . ويشيران إلى التأثير المعتاد لأحد مكونات الجسم، سواءً كان تنفسيًا أو أيضيًا. يُسبب الحماض الحماض وحده (أي إذا لم يُعوَّض بالقلاء). [ 24 ] وبالمثل، يُسبب القلاء وحده القلاء . [ 24 ] في المصطلحات الطبية، يجب دائمًا وصف مصطلحي الحماض والقلاء بصفة تُشير إلى سبب الاضطراب: تنفسي (يشير إلى تغير في الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون)، [ 25 ] أو أيضي (يشير إلى تغير في فائض القاعدة في السائل خارج الخلوي). [ 9 ] ولذلك ، توجد أربع مشكلات مختلفة في توازن الأحماض والقواعد: الحماض الأيضي ، والحماض التنفسي ، والقلاء الأيضي ، والقلاء التنفسي . [ 5 ] قد تحدث حالة واحدة أو مجموعة من هذه الحالات في آن واحد. على سبيل المثال، غالبًا ما يتم تعويض الحماض الاستقلابي (كما في داء السكري غير المُسيطر عليه) جزئيًا عن طريق القلاء التنفسي (فرط التنفس). وبالمثل، يمكن تصحيح الحماض التنفسي كليًا أو جزئيًا عن طريق القلاء الاستقلابي .

مراجع

  1. هام إل إل، ناخول ن ، هيرينغ-سميث كيه إس (ديسمبر 2015). "توازن الحموضة والقلوية" . المجلة السريرية للجمعية الأمريكية لأمراض الكلى . 10 (12 ) : 2232-2242 . doi : 10.2215/CJN.07400715 . PMC 4670772. PMID 26597304 .  
  2. ↑ تورتورا، جي جي، وديريكسون، بي (2012). مبادئ التشريح وعلم وظائف الأعضاء . ديريكسون، برايان. ( الطبعة الثالثة عشرة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي. الصفحات 42-43 . ISBN   9780470646083. OCLC 698163931 . 
  3. ↑ مايسفيلد جي، بيرك دي (فبراير 1991). "التنميل والتكزز الناجمان عن فرط التنفس الإرادي. زيادة استثارة المحاور العصبية الجلدية والحركية لدى الإنسان" . الدماغ . 114 (الجزء 1ب) (1): 527-540 . doi : 10.1093/brain/114.1.527 . PMID 2004255 . 
  4. ↑ ستراير، ل. (1995). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. الصفحات 347، 348. ISBN   0-7167-2009-4.
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 سيلفرثورن، د. يو. (2016). علم وظائف الأعضاء البشرية: منهج متكامل (الطبعة السابعة، الطبعة العالمية). هارلو، إنجلترا: بيرسون. الصفحات 607-608 ، 666-673 . ISBN   978-1-292-09493-9.
  6. ↑ أدروغيه، هـ. إي.، وأدروغيه، هـ. ج. (أبريل 2001). "فسيولوجيا الحموضة والقلوية". العناية التنفسية . 46 (4): 328-341 . PMID 11345941 . 
  7. ↑ "184 26.4 توازن الحموضة والقلوية | علم التشريح وعلم وظائف الأعضاء | OpenStax" . openstax.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17-09-2020 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 01-07-2020 .
  8. 1 2 موسوعة ميدلاين بلس : الحماض الاستقلابي
  9. 1 2 غروغونو أ. "المصطلحات" . دليل الأحماض والقواعد . شركة غروغ المحدودة . تم الاطلاع عليه في 9 أبريل 2021 .
  10. 1 2 تورتورا جي جي، ديريكسون بي إتش (1987). مبادئ التشريح وعلم وظائف الأعضاء ( الطبعة الخامسة). نيويورك: هاربر آند رو، ناشرون. الصفحات 581-582 ، 675-676 . ISBN   0-06-350729-3.
  11. 1 2 3 ستراير، ل. (1995). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. الصفحات 39، 164، 630-631 ، 716-717 . ISBN   0-7167-2009-4.
  12. 1 2 3 4 تورتورا، جي جي، وديريكسون، بي إتش (1987). مبادئ التشريح وعلم وظائف الأعضاء (الطبعة الخامسة ). نيويورك: هاربر آند رو، ناشرون. الصفحات 494 ، 556-582 . ISBN   0-06-350729-3.
  13. 1 2 3 4 تورتورا، جي جي، وديريكسون، بي إتش (1987). مبادئ التشريح وعلم وظائف الأعضاء (الطبعة الخامسة ). نيويورك: هاربر آند رو، ناشرون. الصفحات 698-700 . ISBN   0-06-350729-3.
  14. 1 2 3 4 5 براي جيه جيه (1999). محاضرات في علم وظائف الأعضاء البشرية . مالدن، ماساتشوستس: بلاكويل ساينس. ص 556. ISBN  978-0-86542-775-4.
  15. 1 2 غاريت آر إتش، غريشام سي إم (2010). الكيمياء الحيوية . سينغيج ليرنينغ. ص 43. ISBN  978-0-495-10935-8.
  16. 1 2 ديم ك، لينتنر سي (1970). "الدم - المواد غير العضوية". في: الجداول العلمية ( الطبعة السابعة). بازل، سويسرا: سيبا-جايغي المحدودة. ص 527.  
  17. ↑ موسوعة ميدلاين بلس : غازات الدم
  18. ↑ كارولين ن (2013). رعاية الطوارئ في الشوارع لنانسي كارولين ( الطبعة السابعة). أنظمة الحماية: جونز وبارتليت للتعليم. الصفحات 347-349 . ISBN   978-1449645861.
  19. ↑ يومانز إي آر، هاوث جيه سي، جيلستراب إل سي، ستريكلاند دي إم (مارس 1985). "درجة حموضة الحبل السري، وضغط ثاني أكسيد الكربون، والبيكربونات بعد الولادات المهبلية الطبيعية في نهاية فترة الحمل". المجلة الأمريكية لأمراض النساء والتوليد . 151 (6): 798-800 . doi : 10.1016/0002-9378(85)90523-x . PMID 3919587 . 
  20. 1 2 تورتورا جي جي، ديريكسون بي إتش (2010). مبادئ التشريح وعلم وظائف الأعضاء . ديريكسون، برايان. ( الطبعة الثانية عشرة). هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي وأولاده. ص 907. ISBN   9780470233474. OCLC 192027371 . 
  21. ↑ ليفيتزكي إم جي (2013). علم وظائف الرئة ( الطبعة الثامنة). نيويورك: ماكجرو هيل الطبية. ص. الفصل 9. التحكم في التنفس. ISBN   978-0-07-179313-1.
  22. ↑ روز ب، رينكه هـ (1994). علم وظائف الأعضاء المرضية الكلوية . بالتيمور: ويليامز وويلكنز. ISBN 0-683-07354-0.
  23. ↑ غروغونو، أ. و. (أبريل 2019). "تقارير الحموضة والقلوية تحتاج إلى شرح نصي" . التخدير . 130 (4): 668-669 . doi : 10.1097/ALN.0000000000002628 . PMID 30870214 . 
  24. 1 2 3 أندرتسون، د.م. (2003). قاموس دورلاند الطبي المصور ( الطبعة الثلاثون). فيلادلفيا: سوندرز. ص 17، 49. ISBN   0-7216-0146-4.
  25. ↑ برانديس ك. "فسيولوجيا الحموضة والقلوية" . الحماض التنفسي: التعريف.