VII.14.2. Soluții tampon în sisteme biologice.

Energia necesară creșterii și întreținerii organismului este dată prin oxidarea glucozei și a altor alimente la nivelul celulei. În urma acestor oxidări se formează acizi, precum H₂CO₃, H₃PO₄, H₂SO₄, CH₃-CHO-COOH (acid lactic) etc.

De exemplu, acidul carbonic se formează prin reacția dintre CO₂ cu apa.

La nivel celular, în organismul uman, valoarea pH-ului poate oscila. De exemplu, pH-ul sângelui poate oscila între 7,35 și 7,45. Echilibrul acido-bazic sanguin este asigurat prin intermediul a cinci sisteme tampon, cel mai important fiind reprezentat de bicarbonat de sodiu-acid carbonic.

Când în sânge se formează un acid HA, ionul bicarbonat este transformat în acid carbonic. HCO₃^- + HA ⇄ H₂CO₃ + A^-

Dacă raportul concentrației acidului carbonic cu ionul bicarbonat depășește valoarea 1/20, respirația este accelerată pentru eliminarea CO₂.

Rinichii au capacitatea de a menţine sau elimina, după condiţii anionii şi cationii, în aşa fel încât să asigure constanţa compoziţiei sanguine. Există în plasmă substanţe care trec în urină şi tind a se elimina complet, până la dispariţia lor totală sau până la un nivel foarte scăzut. Altele, din contră fiind necesare vieţii organismului, nu se elimina niciodată complet, sângele reţinând todeauna o anumită cantitate, în aşa fel încât proporţia acestora nu scade niciodată (glucoza, Na+ , K+, Ca2+, Cl-, HPO₄^(2-), H₂PO₄^- etc.).

Când în sânge pătrund substanțe mai acide (notate cu HA) decât H₂CO₃ ele sunt transportate spre rinichi, unde ionii de hidrogenofosfat (HPO₄^(2-)) sunt transformați în ioni de dehidrogenofosfat (H₂PO₄^-): HA + HPO₄^(2-) ⇄ H₂PO₄^- + A^-

Ionii rezultați (H₂PO₄^- și A^-) sunt eliminați prin urină.

Un alt mecanism al rinichilor de a compensa creșteri mari de acizi din sânge implică sinteza NH3. Amoniacul reacționează cu restul de acid cu formarea ionilor de NH₄+, care sunt eliminați prin rinichi.

Prin urmare, o creștere a nivelului de acizi din sânge poate avea ca rezultat eliminarea în rinichi a ionilor H₂PO₄^- și NH₄+.

În cazuri patologice, când pH-ul sângelui scade sub valoarea de 7,35 apare acidoza datorată unui diabet zaharat necontrolat sau înaintea unui stop cardiac. În acest caz, organismul răspunde invadării cu acizi prin formarea amoniacului, care în aceste cazuri poate creşte de zece ori faţă de valorile normale. Acidoza poate fi controlată prin injecții intravenoase cu soluții de bicarbonat de sodiu.

Acidoza poate fi :

• cetoacidoza, provocată de prezența în organism a acizilor cetonici (diabet),
• lactoacidoza, de prezența în organism a acidului lactic (în oboseala musculară),
• acidoza gazoasă e produsă de creșterea dioxidului de carbon în sânge (în nefrita gravă),
• fosfoacidoza, de creșterea fosfaților minerali și a esterilor fosfatici (în boli de rinichi).

În concluzie, reglarea echilibrului acido-bazic în organism are loc prin :

• controlul pH-ului cu ajutorul sistemelor tampon din sânge;
• pe cale respiratorie : creșterea concentrației ionilor hidroniu stimulează centrul respirator, care generează modificarea ventilației pulmonare. Astfel, scăderea pH-ului sanguin determină scăderea afinității hemoglobinei (proteina prezentă în eritrocite) pentru oxigen. Puterea de tampon a aparatului respirator este de două ori mai mare decât a unui sistem chimic.
• prin excreția de urină acidă sau alcalină. Acest mecanism depinde de capacitatea rinichilor de a neutraliza excesul de acizi sau baze care pătrund în corp. Unele procese de la nivel renal sunt controlate enzimatic și hormonal.