Basınç Isı, Oksijen, Besinler (karbonhidrat, yağ, protein), Su, Canlılığın devamı için organizmanın gereksinim duyduğu vazgeçilmez faktörlerdir. 1 2 Su, yaşayan sistemlerde büyük ölçüde bulunan bir bileşiktir. Bir çok organizmanın %70 den fazlası sudan oluşur. Şüphesiz, ilk canlı organizmalar sıvı ortamlardan çıkmıştır ve evrimsel süreç yaşamın başladığı sıvı medyum ile şekillenmiştir. Su yaşam için gereklidir. Bütün hücreleri dolduran su, besin maddelerinin taşındığı, metabolizmanın enzimatik tepkimelerinin ve kimyasal enerjinin gerçekleştiği ortamı oluşturur. Su molekülü ile suyun iyonizasyon ürünleri olan H ve OH iyonları, enzimler ve diğer proteinler, nukleik asitler ve lipidler gibi hücrelerin tüm bileşenlerinin yapılarını, birbiriyle ilişkilerini ve çeşitli özelliklerini etkilemektedir. Vücut neredeyse tüm yağ dokusunu ve proteinlerinin yarıdan fazlasını bile kaybetse yaşamaya devam eder %10-15 oranında su kaybı ölümle sonuçlanır 3 4 SUYUN GÖREVĐ besin maddelerinin taşınması enzimatik tepkimelerinin gerçekleşmesi kimyasal enerjinin oluşumu Bir çok biyolojik molekül için çözgen Metabolik ısıyı absorblar Vücut ısısının düzenlenmesinde yardımcı Suyun özellikleri: Yüksek yüzey gerilimi: Yüksek kaynama noktası: Moleküler ağırlığına göre kaynama noktası en yüksek sıvı sudur. Örneğin, amonyak molekül ağırlığı yaklaşık 17 olmasına karşın -30 C de kaynarken suyun molekül ağırlığı 18 dir ve 100 C de kaynar. Yoğunluk sıcaklığa bağlıdır: Katı su (buz) sıvı sudan daha az yoğundur. Bu özellik göllerin üstten itibaren donmasına neden olur, böylece balıkların yaşamasına olanak sağlar. 5 6 1
Buz su üzerinde bir örtü oluşturarak sucul yaşamın devamlılığını sağlar 7 8 SUYUN YÜKSEK YÜZEY GERĐLĐMĐ Su, bir dipoldür. Oksijenin 6 dış elektronundan ikisi hidrojen ile kovalent bağ oluşturur. Diğer dört elektron bağ oluşturmaz ve iki çift oluşturur. Bu çiftler kısmi negatif yükün bir odağıdırlar ve hidrojen atomları kısmen pozitif yüklü hale gelir. Pozitif ve negatif yükler birbiriyle bağlanır ve hidrojen ve oksijen atomları arasında hidrojen bağları oluşur. Yapısındaki H bağları ile : (a) Yüzey gerilimi örümcek ağlarında suyu damla haline getirir (b) Bazı böcekler su üzerinde yürüyebilir 9 10 BĐR SU MOLEKÜLÜNÜN OLUŞUMU SUYUN VE HĐDROJEN BAĞININ ÖZELLĐKLERĐ Oluşan küme, suya yapışkansızlık özelliğini verir. Bu sıvı fazda moleküllerin yerleşimi düzensiz H-bağları nedeniyle düzensizdir. Su donduğunda H-bağları kafes şeklinde su molekülleri oluşturur. 11 12 2
13 14 15 16 Su molekülleri arasında oluşan hidrojen bağları, oda sıcaklığında suyun sıvı halde bulunmasını ve kristal su (buz) için karakteristik olan aşırı düzenli moleküllerin oluşmasını sağlar. Buz içinde her bir su molekülü maksimum 4 hidrojen bağı oluşturur. Böylece düzenli bir kristal kafes şekli oluşur. Oysa oda sıcaklığı ya da atmosferik basınç altındaki sıvı fazda her bir su molekülü ortalama 3,4 H bağı oluşturur. Buzdaki kristal kafes yapısı, sıvı sudaki aynı sayıda su moleküllerinden daha fazla yer kapladığı için buz, sıvı haldeki 17 sudan daha az yoğundur ve bu 18 nedenle suyun üzerinde kalmaktadır 3
Sıvıların çoğu donduklarında, yapılarında bulunan moleküller birbirine daha çok yakınlaşır. Su donduğunda ise moleküller birbirinden uzaklaşır ve sıvı haldekine göre daha fazla yer kaplar. Bu nedenle buzun yoğunluğu, yani ağırlığı sıvı haldeki suya göre azalır ve buz suda yüzer. Katı su (buz) Sıvı su Gaz su Buzda su molekülleri hidrojen bağları aracılığı ile rijit durumdadır Su molekülleri hareket ederken hidrojen bağları sürekli olarak yıkılır Gaz durumunda su hidrojen bağı oluşturmaz 19 20 21 22 SIVI SĐSTEMLERDEKĐ ZAYIF ETKĐLEŞĐMLER Polar biyomoleküller suda kolaylıkla çözülür, çünkü bu moleküller su-su etkileşimlerini su-solut etkileşimleri haline getirir. Non-polar biyomoleküller su-su etkileşimlerine engel olurlar, ancak su-solut etkileşimi oluşturamazlar. Bunun sonucu olarak da nonpolar moleküller suda çözülmezler. Sıvı solüsyonlarda nonpolar moleküller birlikte kümeler oluştururlar. 23 Suda kolaylıkla çözülen bileşenlere hidrofilik denir. Bunun tersine, kloroform ve benzen gibi nonpolar çözücülerde çözülen bileşenlere hidrofobik adı verilir. Amfipatik bileşenler polar (ya da yüklü) ve nonpolar bölgeler içerirler. Amfipatik bileşenler su ile karıştırıldığında iki zıt durumla karşılaşır: polar ya da yüklü hidrofilik bölge solventle etkileşir ve çözülmeye gider, ancak nonpolar hidrofobik bölge tam tersi bir davranışla su ile etkileşmekten Doç.Dr.Erdal kaçınır. BALCAN 24 4
Su, solusyonları oluşturur Solvent Bir solüsyon iki ya da daha fazla bileşenin homojen olarak karışımından meydana gelir. Çözücü ajan (çözgen) Su Solvent + Solute Solusyon Metan Şekerli su, tuzlu su, Pepsi 25 26 Solüt Çözülen bileşen Hydrofilik Moleküller (su-seven) Tuzlu sudaki tuz Şekerli sudaki şeker Suda çözülen bileşenler tuz, şeker 27 28 Hidrofobik Moleküller (sudan korkan) Suda çözünmezler yağlar, mumlar SUYUN ĐYONĐZASYONU, ZAYIF ASĐTLER ve ZAYIF BAZLAR Su moleküllerinde çok küçük oranlarda hidrojen (H+) ya da hidroksil (OH-) iyonlarına ayrışma olmaktadır. Çözeltilerine H iyonu verebilen maddeler asit Çözeltilerinden H iyonu alabilen maddeler baz 29 30 5
ASĐT-BAZ ve TAMPON SĐSTEM KAVRAMI Vücutta asit-baz dengesinin düzenlenmesi aslında hidrojen iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi anlamına gelir. H iyon konsantrasyonundaki çok küçük sapmalar bile hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlarda belirgin değişimler yaratarak bazı tepkimeleri baskılar bazılarını da hızlandırır. Bu nedenle H iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi homeostasis için büyük önem taşır. Kimyada Tampon çözeltiler Organizmalarda Tampon sistemler 31 ASĐT-BAZ ve TAMPON SĐSTEM KAVRAMI Asit: proton verici molekül ya da iyonlar. H + düzeyini arttırarak ph yı düşürürler. Baz: proton alıcısı molekül ya da iyonlar. H + düzeyini düşürerek ph yı arttırırlar 32 Tampon çözelti: bir asit ya da baz ilavesiyle ph ı önemli ölçüde değiştirmeden H + iyonu ekleyen ya da çıkartan çözeltilerdir. Bir zayıf asit ile onun konjuge bazından ya da zayıf bir baz ile onun kojuge asidinden oluşur. Yani tampon madde bir eriyiğe kuvvetli bir asit ya da baz eklendiğinde olabilecek değişikliği en aza indirir. Konjuge asit-baz çiftinin bulunduğu ve ph değişimlerine karşı direnç gösteren çözeltilerdir. 33 Asit HA B - + H + HCO 3 + H H + + Baz H + + A - (A; HA nın konjuge bazıdır, HA; A nın konjuge asididir) (A ve HA asit-baz çiftidir) BH (B; BH nin konjuge bazıdır, BH; B nin konjuge asididir) (B ve BH asit-baz çiftidir) H 2 CO 3 (karbonik asit-bikarbonat T.S.) Vücutta asit-baz dengesinin düzenlenmesi aslında hidrojen iyon konsantrasyonunun düzenlenmesi anlamına gelir. H iyon konsantrasyonundaki çok küçük sapmalar bile hücrelerdeki kimyasal reaksiyonlarda belirgin değişimler yaratarak bazı tepkimeleri baskılar bazılarını da hızlandırır. Bu nedenle H iyon konsantrasyonunun 34 düzenlenmesi homeostasis için büyük önem taşır. ph 7.8 7.7 7.6 7.5 7.4 7.3 7.2 7.1 7.0 6.9 [H + ] 16 20 26 32 40 50 63 80 100 125 6.8 160 35 Alkalemi Asidemi 36 6
37 38 VÜCUT SUYU Bir insanın ortalama %60-80 i sudan oluşur. VÜCUT SIVISININ KAYNAĞI VÜCUT SIVISINI ETKĐLEYEN FAKTÖRLER 1. Besinler, içkiler 1. Genotip 2. Metabolik olaylar 2. Yaş 3. Ortam sıcaklığı 4. Beslenme kalitesi 5. Fizyolojik koşullar 39 40 VÜCUT SIVISININ KAYBI 1.Đdrar 2. Feçes 3. Ter 4. Fizyolojik (laktasyon, gebelik) 41 42 7
ĐNTRASELLÜLER SIVI (ISS) Toplam vücut sıvısının 2/3 sini oluşturur. Major katyonu K + dur. TOPLAM VÜCUT SIVISI EKSTRASELLÜLER SIVI (ESS) Toplam vücut sıvısının 1/3 ünü oluşturur. Major katyonu Na +2 dur Đntrasellüler sıvı Đnterstisyel sıvı Plazma Ekstrasellüler sıvı Đnterstisyel sıvı ESS nin ¾ ünü oluşturur Plazma ESS nin ¼ ünü oluşturur Ortalama ağırlıkta (70 kg) bir kişide toplam su miktarı yaklaşık 40 litre (vücut ağırlığının %57 si) kadardır. Vücut 43 sıvıları su ve su içinde çözünmüş maddeleri içerir. Đntrasellüler: hücre içindeki sıvı Ekstrasellüler: hücre dışındaki sıvı Đnterstisyel: doku hücrelerini çevreleyen sıvı Plazma: kanın sıvı kısmı 44 VÜCUT SIVILARININ DAĞILIMI Diğer Plazma Đnterstisyel Đntrasellüler Toplam vücut sıvısı yüzdesi 45 46 VÜCUT SIVILARI Đntrasellüler Sitoplazma Yaşamın sürdürülebilmesi için gerekli reaksiyonlar Ekstrasellüler Plazma Lenfatik sıvı Serebrospinal sıvı Đdrar Sindirim sıvıları Destek ürünlerinin, atıkların ve bilginin taşınması Besinlerin yıkımı 47 48 8
VÜCUT SIVILARINDAKĐ ĐYONLAR Hücre içerisinde potasyum ve fosfat Đnterstisyel sıvıda sodyum ve klorür Plazmada sodyum ve klorür Đnterstisyel sıvı ile plazma arasındaki değişimler hidrostatik ve onkotik (osmotik) basınca bağlıdır. Hidrostatik basınç ve osmotik basınç ters yönde etkilidir. Hidrostatik basınç etkin olduğunda sıvıyı zarın öteki tarafına iter, osmotik basınç ise zarın öteki tarafından sıvıyı kendi tarafına çeker. Normalde kanın hidrostatik ve onkotik basıncı interstisyel sıvınınkinden çok daha yüksek 49 olduğu için madde ve gaz alışverişinde önem kazanırlar. 50 51 Herhangi bir su kitlesinde, suyun yüzeyindeki basınç atmosfer basıncına eşittir, fakat yüzeyden aşağıya doğru her 13.6 mm mesafede basınç 1 mm Hg yükselir. Suyun ağırlığından kaynaklanan bu basınca hidrostatik basınç denir. Kapiller yatağının artere yakın bölümünde hidrostatik basınç yüksektir (35 mmhg), sıvı damardan dokuya geçer. Venüle yakın kapiller bölümünde osmotik basınç ön plana geçer ve doku sıvısını damara çeker. Bu arada doku 52 sıvısının elektrolitleri ve küçük moleküllü proteinleri de damara girer. Ekstrasellüler ve intrasellüler sıvıların normal hacim ve bileşimlerinin devamlılığı yaşamın sürdürülebilirliği açısından büyük önem taşır. Bu sürdürülebilirlikte rol alan üç tip homeostasis bulunur: Hacim=Sıvı dengesi (ödem, dehidratasyon, hiperemi) Elektrolit dengesi (hipo-hipernatremi, hipohiperkalemi, hipo-hiperkalsemi.) Hücre içi O.B. >hücre dışı O.B. Hücre içi O.B. = hücre dışı O.B. Hücre içi O.B. < hücre dışı O.B. Asit-baz dengesi Doç.Dr.Erdal (asidoz, BALCANalkaloz) 53 54 9
HACĐM = SIVI DENGESĐ Hücrelerin normal yapı ve fonksiyonlarını sürdürebilmeleri için onları besleyen vücut sıvılarının, Belirli bir hacimde Belirli bir kimyasal yapıda olmaları Belirli bir hızda hareket etmeleri gerekir. Hücre dışındaki Osmotik Doç.Dr.Erdal basınç BALCAN daha fazla 55 56 Vücut sıvılarının bu özelliklerindeki bozukluklar sonucunda çeşitli patolojik tablolar ortaya çıkar ÖDEM: Hücre içi sıvının artışı ve seröz boşluklarda sıvı birikimi DEHĐDRATASYON: Vücuttaki su miktarının normalin altına düşmesi HĐPEREMĐ: Dokunun damarları içindeki kan miktarının artması (Aktif Hiperemi: arteriollerin genişlemesi ile dokuya gelen kan miktarının artması, Pasif Hiperemi: venalardaki kan akımının ödem ödem yavaşlaması) 57 hiperemi 58 ASĐT-BAZ DENGESĐ Vücut sıvılarının kimyasal yapıları ya da ph değeri, enzimlerin katalitik aktiviteleri ve biyolojik makromoleküller üzerine etkilidir. Bu nedenle kan ve idrarda ph ölçümü hastalıkların tanınmasında yararlı olur. Normal koşullarda ekstrasellüler sıvıların ph ı 7.35-7.45 (ortalama 7.4) arasındadır. 59 Vücudun intrasellüler kısmında metabolik faaliyetler sonucu oluşan ürünler (fosforik asit, sülfirik asit, HCl, laktik asitler gibi organik asitler) vücudun reaksiyonunu asit tarafa kaydırır. Organizmanın bunu önlemesi (yani ph ın 7.4 de sabit tutulması) 3 temel mekanizma ile olur: A.Kan ve hücreler içindeki tampon sistemler B.Solunum (CO 2 atılımı) C.Böbrekler (inorganik asit atılımı) 60 10
Vücut metabolizması sırasında üç çeşit asit üretilir: Karbondioksit (karbonik asit) atılırlar akciğerlerden Organik asitler (laktik asit ve keton cisimleri) vücut tarafından kullanılırlar Đnorganik asitler (kükürtlü amino asitlerden ve organik fosfor içeren bileşiklerden kaynaklanırlar) böbreklerden atılırlar 61 Asit Kaynak Normal Akıbet Günlük Üretim (mmol) CO 2 (karbonik asit) Organik Asitler Laktik asit Keton cisimleri Mineral Asitler Sülfirik asit Fosforik asit Đnsanlarda üretilen asitler Hücresel solunum Anaerobik glikoliz Yağ asidi oksidasyonu Kükürtlü amino asitler Organik fosfor içeren bileşikler Akciğerlerle atılır Glukoneogenez Doku oksidasyonu Böbreklerle atılır 20 000 1000 70 62 Organizmanın ph ı 7.4 de sabit tutmasındaki 3 temel mekanizma: A.Kan ve hücreler içindeki tampon sistemler B.Solunum (CO 2 atılımı) C.Böbrekler (inorganik asit atılımı) 63 A. KAN VE EKSTRASELLÜLER SIVIDAKĐ TAMPONLAR: Ekstrasellüler ve intrasellüler sıvıda dört ana tampon grup vardır: 1. Karbonik asit-bikarbonat tampon sistemi 2. Protein tampon sistemi 3. Hemoglobin tampon sistemi 4.Fosfat tampon sistemi Tampon (Baz) H + + HCO 3 H + + HPO 4 H + + Hb - H + + Prot - H tampon (asit) H 2 CO 3 CO 2 +H 2 O H 2 PO 4 H.Hb (deoksihemoglobin) H.Prot 64 Biyolojik Tampon Sistemleri TAMPON SĐSTEMLER ISS ESS Karbonik asit-bikarbonat tampon sistemi: ESS nin en önemli tampon sistemidir Fosfat tampon sistemi: idrar ve ISS nın ph nın tamponlanmasında görevlidir. FOSFAT T.S. PROTEĐN TAMPON SĐSTEMLER KARBONĐK ASĐT- BĐKARBONAT T.S. Protein tampon sistem: ESS ve ISS deki ph ın düzenlenmesine yardımcı olur. Bu tampon sistemi diğer tampon sistemleriyle etkileşir. 65 Hemoglobin TS (sadece eritrositler) HÜCRE Amino asit TS (tüm proteinler) Plazma protein TS 66 11
11.10.2012 1. KARBONĐK ASĐT ASĐT--BĐKARBONAT TAMPON SĐSTEMĐ -Kan plazması ile akciğerler arasında görev yapar. -Primer görevi, ESS deki organik ve fikse asitler gibi etkenlerin neden olduğu ph değişikliğini önlemektir. -Proton vericisi olarak H2CO3, proton alıcısı olarak HCO3 bulunur. -Denge eşitliği: H+ + HCO3- = H2CO3 -Bu denklemde H+ eklenmesi dengeyi sağa kaydırır. Karbonik asit göreceli olarak kuvvetli bir asittir. Bu yüzden oluşabilecek problemler karbonik asidin erimiş CO2 ile dengeye girmesi ile çözümlenebilir: H2CO3 = CO2 + H2O -Bu sistem yaklaşık ph 7.4 de tamponlama yapar. 67 68 OH- + H+ 69 70 eritrosit HHb eritrosit HHb H2O HbO2 O2 O2 CO2 HbO2 H+ HCO3 - H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- H2CO3 Kapiller akciğerler : Karbonik anhidraz HHb: deoksihemoglobin HbO2: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin) Doç.Dr.Erdal BALCAN HCO3 : H+ iyonlarını tamponlar. (karbonik asit-bikarbonat T.S.) Dokular Klorid iyonları elektrolit dengesini sürdürmek için içeriye girer : Karbonik anhidraz 71 HHb: deoksihemoglobin (H+ iyonlarını tamponlar-hemoglobin T.S.) O2 salınımı 72 HbO2: oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin 12
HEMOGLOBĐN ve CO 2 TRANSPORTU Hemoglobin, CO 2 nin akciğerlere transportunda sınırlı bir rol oynar. Mevcut CO 2 nin yaklaşık %25 i bir hemoglobin kompleks olan karbaminohemoglobin olarak transfer edilir: HB + CO 2 HbCO 2 %5 plazmada çözünmüş olarak taşınır %70 i ise bikarbonat iyonu (HCO 3- ) şeklinde akciğerler tarafından alınır. 2. FOSFAT TAMPON SĐSTEMĐ -Bütün hücrelerin sitoplazmalarında görev alır. -Önemli bir idrar tamponudur. -Proton vericisi olarak H 2 PO 4- (dihidrojen fosfat) proton alıcısı olarak HPO 4-2 (monohidrojen fosfat) bulunur. - ph 6.4-7.4 arasında tamponlama yapar. Asidik bir solüsyonda monohidrojen fosfat ortamdan bir proton alarak tamponlama yapar 1. Bazik bir ortamda dihidrojen fosfat proton salarak tamponlama yapar 2. Bu nedenle fosfat tampon sistemi içinde bulunduğu solüsyona bağlı olarak hidrojen iyonu alır ya da verir. 2 1 73 74 3. PROTEĐN TAMPON SĐSTEMĐ ESS ve ISS de ph düzenlenmesini yapan bir tampon sistemdir. Proteinler tampon olarak görev yaparlar. Bikarbonat iyonu oluşumu sırasında ortaya çıkan H + iyonları kan proteinleri tarafından absorbe edilir. Nötral solüsyonlarda (ph= 7.0) amino asitler çift iyonize formda olur. Böyle dipolar iyonlara zwitterionik (Almanca hibrit) denir. Düşük ph lı solüsyonlarda karboksilat iyonları (-COO - ) bol hidrojen iyonları ile rekombine olur (katyon). H H NH + 3 C R NH 3 + C R COO - COOH Yüksek ph lı solüsyonlarda H iyonlarının azlığı, amino grubunun ya da karboksilat iyonunun hidrojen iyonu bağlama şansını azaltır (anyon) COO - 75 76 H NH 2 C R Plazma proteinleri kanın tamponlama kapasitesini arttırırlar. Đnterstisyel sıvı ph nın düzenlenmesine yardımcı ekstrasellüler protein fibrilleri ve amino asitler içerir. Aktive bir hücrenin ISS da yapısal proteinler ve diğer proteinler hücresel metabolizma ile oluşturulan piruvik asit, laktik asit gibi organik asitlerin neden olduğu yıkıcı ph değişikliklerini önlerler. ESS ile ISS arasında bir değişim olduğu için protein tampon sistemi ESS nın ph ının stabilitesine de yardımcı olur. Örneğin: ESS nın ph ı azaldığı zaman hücreler H iyonlarını ESS nın dışına pompalarlar ya da ISS ya alarak hücre içi proteinlerle tamponlanmasına neden olurlar. ESS nın ph ı arttığında hücre içinden hücre dışına H iyonları pompalanır. 4. HEMOGLOBĐN TAMPON SĐSTEMĐ ISS nın yaklaşık %5 ini oluşturan eritrositler normalde plazma içerisinde bulunur. Bu hücreler yoğun olarak hemoglobin ve karbonik anhidraz enzimi içerir. Bu hücrelerin (eritrositlerin) ESS da ph ya önemli bir etkisi vardır, çünkü bu hücreler CO 2 i absorblar ve onu karbonik aside dönüştürür. CO 2 eritosit membranını kolaylıkla geçer. Karbonik asit disosiye olurken HCO 3 iyonları klorür kayması yoluyla plazmaya geçer. H iyonları ise hemoglobin molekülleri tarafından tamponlanır. Bu, hemoglobin tampon sistem olarak adlandırılır. Bu tampon sistemi, ESS nın ph sı üzerine ani etkili tek ISS tampon sistemidir. Hb tampon sistemi, plazma PCO 2 düzeyi düştüğünde ya da yükseldiğinde ortaya çıkan şiddetli ph değişikliklerinin engellenmesinde yardımcı olur. 77 78 13
HHb O 2 HbO 2 - : Karbonik anhidraz eritrosit H + HCO 3 - Kapiller CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HHb: deoksihemoglobin (H + iyonlarını tamponlar) O 2 salınımı HbO 2 : oksihemoglobin (oksijenlenmiş Doç.Dr.Erdal hemoglobin) BALCAN Dokular Klorid iyonları elektrolit dengesini sürdürmek için içeriye girer 79 HHb O 2 H 2 O CO 2 HbO 2 H + H 2 CO 3 HCO 3 : Karbonik anhidraz HHb: deoksihemoglobin (H+ iyonlarını tamponlar) O2 salınımı HbO 2 : oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin) 80 HEMOGLOBĐN TAMPON SĐSTEM H + düzeyinin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Tamponlama yeteneği, yapısındaki amino asitlerin polar gruplarına bağlıdır. Oksijenin yaklaşık %98 i hemoglobin tarafından taşınır. Oksihemoglobin Deoksihemoglobin oksijenli form oksijensiz form Ortalama bir kişi her 100 ml kanda yaklaşık 15 gram hemoglobin taşır ESS nın ph ı üzerine ani etkili tek ISS tampon sistemidir. Hb tampon sistemi plazma PCO 2 düzeyi düştüğünde ya da yükseldiğinde ortaya çıkan şiddetli ph değişikliklerinin engellenmesinde yardımcı olur. 81 82 Karbonik asit/bikarbonat tampon sistemi Protein tampon sistemi Ekstrasellüler sıvı Organizmanın ph ı 7.4 de sabit tutmasındaki 3 temel mekanizma: A.Kan ve hücreler içindeki tampon sistemler Protein tampon sistemi Fosfat tampon sistemi Hemoglobin tampon sistemi Đntrasellüler sıvı 83 B.Solunum (CO 2 atılımı) C.Böbrekler (inorganik asit atılımı) 84 14
B. SOLUNUM Solunum sisteminin asıl görevi kan gazları diye tanımlanan oksijen(o 2 ) ve karbondioksit (CO 2 ) in değiştirilmesidir. Akciğerler, karbondioksidi uzaklaştırarak ya da muhafaza ederek asit-baz dengesinin düzenlenmesinde yardımcı olur. ph solunum hızının ve derinliğinin değişimi ile düzenlenebilir. Hiperventilasyon: solunumun hızının ve derinliğinin artması. Kanda CO 2 azalır, ph Hipoventilasyon: solunum hızının ve derinliğinin azalması. Kanda CO 2 artar, ph Akciğerde hava değişiminin (ventilasyon ventilasyon) sağlanması, alveollerde kan gazlarının değişimi, Kanda gazların taşınması, Dokuda gazların değişimi ve Hücrede solunum. 1. PERĐFERĐK DOKULAR 85 86 2. AKCĐĞERLER PERĐFERĐK DOKULAR Eritrositler periferik dokulara oksijen sağlarlar ve CO 2 metabolizmasında anahtar bir rol oynarlar. Hücre içinde oluşan CO 2 ekstrasellüler sıvıya difüze olarak PCO 2 nı arttırır. Eritrositlere geçen CO 2 burada karbonik anhidraz enzimi ile hidrolize edilerek H + ve HCO 3- a ayrılır. Arteryel kana göre kısmi basıncı (PO 2 ) dokularda daha düşük olduğu için oksijen hemoglobinden ayrılarak dokulara geçer (PO 2 O 2 ile bağlanan Hb yüzdesi ) 87 HHb O 2 HbO 2 - : Karbonik anhidraz eritrosit H + HCO 3 - Kapiller CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HHb: deoksihemoglobin (H + iyonlarını tamponlar) O 2 salınımı HbO 2 : oksijenlenmiş hemoglobin 1. PERĐFERĐK DOKULAR (PO 2 ) (PCO 2 ) Dokular Klorid iyonları elektrolit dengesini sürdürmek için içeriye girer 88 AKCĐĞERLER 2. AKCĐĞERLER Gazların taşınma işlemi akciğerlerde tersine döner. PCO 2 akciğerlerde düşük olduğu için karbondioksit ekstrasellüler sıvıdan alveollere difüze olur. Bikarbonat gradient farkından dolayı eritrositlere difüze olur ve klorür iyonu ekstrasellüler ortama döner. Alveollerde PO 2 venöz kana göre daha yüksek olduğu için oksijen eritrositlere difüze olarak Hb e bağlanır. Karbondioksit sudan başka Hb ile de reaksiyona girerek karbominohemoglobin (HbCO 2 ) bileşiğini oluşturarak da salınır. 89 HHb O 2 H 2 O CO 2 HbO 2 H + H 2 CO 3 HCO 3 (PO 2 ) : Karbonik anhidraz HHb: deoksihemoglobin (H+ iyonlarını tamponlar) O 2 salınımı HbO 2 : oksihemoglobin (oksijenlenmiş hemoglobin) (PCO 2 ) 90 15
Karbondioksidin alveollerden atılması ve hemoglobinin oksijenlenmesi solunum merkezi tarafından kontrol edilen solunum hızına bağlıdır. Hipotalamusta yer alan merkezdeki reseptörler karbondioksit ve H+ miktarlarındaki artışlara yanıt verir Böylece PCO 2 yükseldiğinde veya ph düştüğünde solunum hızı artar. Ayrıca aorta ve karotis damarlarında oksjen basıncındaki değişikliklere duyarlı kemoreseptörler vardır. HEMOGLOBĐN ve OKSĐJEN TAŞINIMI Akciğerlerde O 2 hemoglobin tarafından tutulur. Kan hücrelere ulaştığı zaman O 2 hemoglobinden ayrılır: 91 92 HEMOGLOBĐN ve CO 2 TRANSPORTU Hemoglobin, CO 2 nin akciğerlere transportunda sınırlı bir rol oynar. Mevcut CO 2 nin yaklaşık %25 i bir hemoglobin kompleks olan karbaminohemoglobin olarak transfer edilir: HB + CO 2 HbCO 2 %5 plazmada çözünmüş olarak taşınır %70 i ise bikarbonat iyonu (HCO 3- ) şeklinde akciğerler tarafından alınır. KAN GAZLARI VE ÖNEMĐ: Oksijen ve karbon dioksidin arter, ven veya kapiller kandaki kısmi basınçlarına kan gazları adı verilir. 1.Tanı amaçlı akciğerlerin oksijenlenme kapasitesinin değerlendirilmesi. 2.Tanı amaçlı kandaki oksijen basıncının değerlendirilmesi. 3.Solunum yeterliliğinin değerlendirilmesi 4.Asit-baz dengesinin değerlendirilmesinde önemlidir. 93 94 Referans değerler: PO 2 (arteriyel): 80-105 mmhg PCO 2 (arteriyel): 35-50 mmhg Arttığı Haller: PO 2 : oksijen tedavisi PCO 2 : Solunumsal asidoz, kompanse metabolik alkoloz. Azaldığı Haller: PO 2 : Hipoksemi, kardiyak outputun azalması, karbon monoksit zehirlenmesi, anestezi, solunumsal distres sendromu, alveolar hipoventilasyon. PCO 2 : Solunumsal alkaloz, kompanse metabolik asidoz 95 Organizmanın ph ı 7.4 de sabit tutmasındaki 3 temel mekanizma: A.Kan ve hücreler içindeki tampon sistemler B.Solunum (CO 2 atılımı) C.Böbrekler (inorganik asit atılımı) 96 16
C. BÖBREKLER Böbrekler, bikarbonat geri emilimi ve H + iyonları ile asidik anyonların atılması başta olmak üzere asit-baz dengesinde bir çok önemli role sahiptir. Asidik durumlarda H + iyonlarının fazlalığı atılır, daha fazla bikarbonat iyonları yapılır ve kan ph ı artar. Bazik durumlarda bikarbonat iyonları elimine edilerek kan ph ı azaltılır. ph dengesinin düzenlenmesi uzun sürer. Böbrekler, bikarbonat ve hidrojen iyonlarının salınımına ya da tutulmasına neden olarak dengeyi sağlar. KAYNAKLAR 1. Lehninger Principles of Biochemistry. Nelson DL, Cox MM, 4th ed. W. H. Freeman ed 2004 2. Basic Concepts in Biochemistry. HF second ed. McGraw Hill 2000. 3. Biochemistry. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. 5th ed. Freeman and Com. 2002 4. Molecular Biology of the Cell Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. 5th ed. 2008 97 98 17