बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम

बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम एक एसिड-बेस होमियोस्टेसिस है | एसिड-बेस होमोस्टैटिक मैकेनिज्म जिसमें कार्बोनिक एसिड (एच) का संतुलन शामिल है2सीओ3), बिकारबोनिट  (HCO$− 3$), और  कार्बन डाईऑक्साइड  (CO2) रक्त और  ग्रहणी  में पीएच को बनाए रखने के लिए, अन्य ऊतकों के बीच, उचित चयापचय समारोह का समर्थन करने के लिए। कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ द्वारा उत्प्रेरित, कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है (एच2O) कार्बोनिक एसिड बनाने के लिए (H2सीओ3), जो बदले में बाइकार्बोनेट आयन बनाने के लिए तेजी से अलग हो जाता है (HCO$− 3$) और एक हाइड्रोजन आयन (H+) जैसा कि निम्नलिखित प्रतिक्रिया में दिखाया गया है:  $$\rm CO_2 + H_2O \rightleftarrows H_2CO_3 \rightleftarrows HCO_3^- + H^+$$

किसी भी बफर समाधान प्रणाली के साथ, पीएच दोनों कमजोर एसिड (उदाहरण के लिए, एच2सीओ3) और इसका संयुग्म अम्ल (उदाहरण के लिए, HCO$− 3$) ताकि सिस्टम में पेश किए गए किसी भी अतिरिक्त एसिड या बेस को बेअसर कर दिया जाए।

इस प्रणाली के ठीक से काम करने में विफलता के परिणामस्वरूप एसिड-बेस असंतुलन होता है, जैसे रक्त में अम्लरक्तता  (पीएच <7.35) और क्षार (पीएच> 7.45)।

सिस्टमिक एसिड-बेस बैलेंस में
ऊतक में, सेलुलर श्वसन अपशिष्ट उत्पाद के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड पैदा करता है; परिसंचरण तंत्र की प्राथमिक भूमिकाओं में से एक के रूप में, इनमें से अधिकांश CO2 बाइकार्बोनेट आयन में इसके जलयोजन द्वारा ऊतकों से तेजी से हटा दिया जाता है। रक्त प्लाज्मा में मौजूद बाइकार्बोनेट आयन को फेफड़ों में ले जाया जाता है, जहां इसे वापस सीओ में निर्जलित किया जाता है2 और साँस छोड़ने के दौरान जारी किया गया। सीओ के ये जलयोजन और निर्जलीकरण रूपांतरण2 और वह2सीओ3, जो आम तौर पर बहुत धीमी गति से होते हैं, रक्त और डुओडेनम दोनों में कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ द्वारा सुगम होते हैं। जबकि रक्त में, बाइकार्बोनेट आयन अन्य चयापचय प्रक्रियाओं (जैसे दुग्धाम्ल, कीटोन निकाय) के माध्यम से रक्त में पेश किए गए एसिड को बेअसर करने का काम करता है; इसी तरह, किसी भी आधार (जैसे रक्त यूरिया नाइट्रोजन) को कार्बोनिक एसिड (एच2सीओ3).

विनियमन
रक्त में 7.4 का सामान्य पीएच बनाए रखने के लिए हेंडरसन-हैसलबैच समीकरण द्वारा गणना के अनुसार (जिससे एसिड पृथक्करण स्थिरांक|pK)aशारीरिक तापमान पर कार्बोनिक एसिड 6.1 है), बाइकार्बोनेट से कार्बोनिक एसिड का 20:1 अनुपात लगातार बनाए रखा जाना चाहिए; इस समस्थिति की मध्यस्थता मुख्य रूप से मस्तिष्क के मेड्यूला ऑब्लांगेटा में पीएच सेंसर द्वारा की जाती है और शायद गुर्दे में, श्वसन प्रणाली और किडनी सिस्टम में प्रभावकारकों के लिए नकारात्मक प्रतिक्रिया लूप के माध्यम से जुड़ी होती है। अधिकांश जानवरों के रक्त में, बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम श्वसन क्षतिपूर्ति के माध्यम से फेफड़ों से जुड़ा होता है, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा सीओ की रक्त सांद्रता में परिवर्तन की भरपाई के लिए सांस लेने की दर और/या गहराई में परिवर्तन होता है।2. ले चेटेलियर के सिद्धांत द्वारा, सीओ की रिहाई2 फेफड़ों से प्रतिक्रिया ऊपर बाईं ओर धकेलती है, जिससे कार्बोनिक एनहाइड्रेज़ CO बनता है2 जब तक कि सभी अतिरिक्त प्रोटॉन हटा नहीं दिए जाते। बाइकार्बोनेट की सघनता को वृक्कीय प्रतिपूर्ति द्वारा और भी नियंत्रित किया जाता है, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा गुर्दे H का स्राव करके बाइकार्बोनेट आयनों की सान्द्रता को नियंत्रित करते हैं।+ मूत्र में आयन, जबकि, उसी समय, एचसीओ को पुन: अवशोषित करते हैं$− 3$ रक्त प्लाज्मा में आयन, या इसके विपरीत, इस पर निर्भर करता है कि प्लाज्मा पीएच क्रमशः गिर रहा है या बढ़ रहा है।

हेंडरसन-हसलबल्च समीकरण
बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम के घटकों को रक्त के पीएच से संबंधित करने के लिए हेंडरसन-हैसलबैच समीकरण का एक संशोधित संस्करण इस्तेमाल किया जा सकता है:

कहाँ:
 * पीकेa H 2सीओ3 कार्बोनिक अम्ल के अम्ल पृथक्करण स्थिरांक का ऋणात्मक लघुगणक (आधार 10) है। यह 6.1 के बराबर है।
 * [एचसीओ$− 3$] रक्त में बाइकार्बोनेट की सांद्रता है
 * [एच2सीओ3] रक्त में कार्बोनिक एसिड की एकाग्रता है

धमनी रक्त गैस का वर्णन करते समय, हेंडरसन-हासेलबल्च समीकरण को आमतौर पर PCO2|pCO के संदर्भ में उद्धृत किया जाता है।2, H के बजाय कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव2सीओ3. हालाँकि, ये मात्राएँ समीकरण द्वारा संबंधित हैं:



कहाँ:
 * [एच2सीओ3] रक्त में कार्बोनिक एसिड की एकाग्रता है
 * कH CO 2 रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड की घुलनशीलता सहित एक स्थिरांक है। क उप> एचसीओ2 लगभग 0.03 (मिलीमोल/लीटर)/mmHg है
 * पीसीओ2|पी उप> सीओ2 रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव है

इन समीकरणों के संयोजन से रक्त के पीएच को बाइकार्बोनेट की सांद्रता और कार्बन डाइऑक्साइड के आंशिक दबाव से संबंधित निम्नलिखित समीकरण प्राप्त होते हैं:



कहाँ:
 * पीएच रक्त में अम्लता है
 * [एचसीओ$− 3$] मिलिमोल/लीटर में रक्त में बाइकार्बोनेट की सांद्रता है
 * पीसीओ2|पीCO 2 एमएमएचजी में रक्त में कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव है

कसीरर-ब्लीच सन्निकटन की व्युत्पत्ति
हेंडरसन-हैसलबैच समीकरण, जो बड़े पैमाने पर कार्रवाई के कानून से प्राप्त होता है, को बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम के संबंध में एक सरल समीकरण प्राप्त करने के लिए संशोधित किया जा सकता है जो एच का त्वरित सन्निकटन प्रदान करता है।+ या एचसीओ$− 3$ लघुगणक की गणना करने की आवश्यकता के बिना एकाग्रता:



चूंकि कार्बन डाइऑक्साइड का आंशिक दबाव कार्बोनिक एसिड की तुलना में माप से प्राप्त करना बहुत आसान है, हेनरी का नियम | हेनरी का नियम घुलनशीलता स्थिरांक - जो गैस के आंशिक दबाव को इसकी घुलनशीलता से संबंधित करता है - सीओ के लिए2 प्लाज्मा में कार्बोनिक एसिड एकाग्रता के बदले में प्रयोग किया जाता है। हल करने के बाद H+ और हेनरी के नियम को लागू करने पर, समीकरण बन जाता है: 

जहां K' कार्बोनिक एसिड का पृथक्करण स्थिरांक है, जो 800 nmol/L के बराबर है (चूंकि K' = 10-पीकेएH 2सीओ3 = 10−(6.1) ≈ 8.00×10-7 मोल/ली = 800 एनएमओएल/एल)।

स्थिरांक (800 × 0.03 = 24) को गुणा करने और एचसीओ के लिए हल करने के बाद$− 3$, समीकरण को सरल बनाया गया है:



अन्य ऊतकों में
बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम अन्य ऊतकों में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। मानव पेट और ग्रहणी में, बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम गैस्ट्रिक अम्ल  को बेअसर करने और  आमाशय म्यूकोसा  में बाइकार्बोनेट आयन के स्राव के माध्यम से उपकला कोशिकाओं के इंट्रासेल्युलर पीएच को स्थिर करने का काम करता है। ग्रहणी संबंधी अल्सर वाले रोगियों में,  हैलीकॉप्टर पायलॉरी  उन्मूलन म्यूकोसल बाइकार्बोनेट स्राव को बहाल कर सकता है और अल्सर पुनरावृत्ति के जोखिम को कम कर सकता है।

टियर बफरिंग
आंसू शरीर के तरल पदार्थों में अद्वितीय हैं क्योंकि वे पर्यावरण के संपर्क में आते हैं। अन्य शरीर के तरल पदार्थों की तरह, बाइकार्बोनेट बफर सिस्टम का उपयोग करके आंसू द्रव को एक तंग पीएच रेंज में रखा जाता है। आँसुओं का पीएच पूरे जागने वाले दिन में बदल जाता है, लगभग 0.013 पीएच यूनिट / घंटा बढ़ जाता है जब तक कि लंबे समय तक बंद आंखों की अवधि पीएच को फिर से गिरने का कारण नहीं बनती है। अधिकांश स्वस्थ व्यक्तियों में 7.0 से 7.7 की सीमा में पीएच होता है, जहां बाइकार्बोनेट बफरिंग सबसे महत्वपूर्ण है, लेकिन प्रोटीन और अन्य बफरिंग घटक भी मौजूद हैं जो इस पीएच रेंज के बाहर सक्रिय हैं।