중탄산염 완충계

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세포 호흡의 부산물인 이산화탄소는 혈액에 해리되며 적혈구에 의해 수거된다. 그 후 이산화탄소는 탄산무수화효소에 의해 탄산으로 변환된다. 대부분의 탄산은 중탄산염과 수소 이온으로 해리된다.

중탄산염 완충계(bicarbonate buffer system)는 탄산(H2CO3), 중탄산염 이온(HCO−
3), 이산화탄소(CO2) 균형을 이용하는 산-염기 항상성 기전으로, 혈액과 샘창자 등 여러 조직의 pH를 유지하여 적절한 대사 기능을 할 수 있도록 돕는다.[1] 이산화탄소(CO2)는 물(H2O)과 반응하여 탄산(H2CO3)을 형성하며 이 과정은 탄산무수화효소가 촉매한다. 탄산은 빠르게 해리되어 중탄산염 이온(HCO−
3)과 수소 이온(H+)을 만든다. 앞의 과정을 식을 통해 나타내면 다음과 같다.[2][3][4]

다른 완충계와 마찬가지로 pH는 약산(예: H2CO3)과 그 짝염기(예: HCO−
3)에 의해 균형이 맞추어진다. 즉 완충계로 들어온 과도한 산이나 염기는 중화된다.

중탄산염 완충계가 제대로 작동하지 못하면 혈액에서 산혈증(pH < 7.35), 알칼리혈증(pH > 7.45) 등의 산-염기 불균형이 발생할 수 있다.[5]

전신의 산염기 균형[편집]

조직에서는 세포 호흡의 노폐물로 이산화탄소가 만들어진다. 순환계의 주된 역할 중 하나는 이 이산화탄소의 대부분을 중탄산염 이온으로 변환하여 조직으로부터 빠르게 제거하는 것이다.[6] 혈장에 존재하는 중탄산염 이온은 폐로 운송된 후 다시 이산화탄소로 탈수되며 날숨을 통해 배출된다. 이러한 이산화탄소와 탄산 간의 변환 과정은 보통 매우 느리지만 혈액과 샘창자에서 탄산무수화효소에 의해 촉진된다.[7] 혈액에서 중탄산염 이온은 다른 대사 과정으로 인해 혈액에 들어온 산(젖산, 케톤체 등)을 중화하는 역할을 한다. 반면 염기(예: 단백질이 분해되며 생기는 혈액요소질소 등)의 경우 탄산에 의해 중화된다.[8]

조절[편집]

헨더슨-하셀바흐 방정식을 통해 계산했을 때, 생리학적 온도에서 탄산의 pKa는 6.1이므로 혈중 pH를 정상치인 7.4로 유지하기 위해서는 중탄산염과 탄산의 비율이 계속 20:1로 유지되어야 한다. 이 항상성은 뇌의 일부인 숨뇌와 (아마도) 콩팥에 존재하는 pH 감지기에서 주로 조절된다. pH 감지기는 음성 피드백 고리를 통해 호흡계와 콩팥의 작동기와 연결된다.[9] 대부분의 동물의 혈액에서는 중탄산염 완충계가 호흡보상을 통해 폐와 연결되어 작동한다. 호흡보상은 혈중 이산화탄소 농도의 변화를 보상하기 위해 호흡수와 호흡의 깊이를 변화시키는 과정이다.[10] 르 샤틀리에의 원리에 의해, 폐에서 이산화탄소가 방출되면 평형이 왼쪽으로 이동하며 모든 과도한 H+ 이온을 제거할 때까지 탄산무수화효소가 이산화탄소를 형성하도록 만든다. 중탄산염 농도는 콩팥보상에 의해서도 조절된다. 콩팥은 (호흡성 산증의 경우) 소변을 통해 H+ 이온을 내보내고 동시에 혈장으로 중탄산염 이온을 재흡수하는 방식으로 중탄산염 농도를 조절한다. 호흡성 알칼리증의 경우 반대의 방법으로 보상이 일어난다.[11]

참고 문헌[편집]

  1. ↑ Krieg, Brian J.; Taghavi, Seyed Mohammad; Amidon, Gordon L.; Amidon, Gregory E. (2014년 11월 1일). “In Vivo Predictive Dissolution: Transport Analysis of the CO2, Bicarbonate In Vivo Buffer System” (PDF). 《Journal of Pharmaceutical Sciences》 103 (11): 3473–3490. doi:10.1002/jps.24108. hdl:2027.42/109280. ISSN 1520-6017. PMID 25212721. 
  2. ↑ Oxtoby, David W.; Gillis, Pat (2015). 〈Acid-base equilibria〉. 《Principles of Modern Chemistry》 8판. Boston, MA: Cengage Learning. 611–753쪽. ISBN 978-1305079113. 
  3. ↑ Widmaier, Eric; Raff, Hershel; Strang, Kevin (2014). 〈The kidneys and regulation of water and inorganic ions〉. 《Vander's Human Physiology》 13판. New York, NY: McGraw-Hill. 446–489쪽. ISBN 978-0073378305. 
  4. ↑ Meldrum, N. U.; Roughton, F. J. W. (1933년 12월 5일). “Carbonic anhydrase. Its preparation and properties”. 《The Journal of Physiology》 80 (2): 113–142. doi:10.1113/jphysiol.1933.sp003077. ISSN 0022-3751. PMC 1394121. PMID 16994489. 
  5. ↑ Rhoades, Rodney A.; Bell, David R. (2012). 《Medical physiology : principles for clinical medicine》 4, International판. Philadelphia, Pa.: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9781451110395. 
  6. ↑ al.], David Sadava ... [et; Bell, David R. (2014). 《Life : The Science of Biology》 10판. Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 9781429298643. 
  7. ↑ Bear, R. A.; Dyck, R. F. (1979년 1월 20일). “Clinical approach to the diagnosis of acid-base disorders.”. 《Canadian Medical Association Journal》 120 (2): 173–182. ISSN 0008-4409. PMC 1818841. PMID 761145. 
  8. ↑ Nelson, David L.; Cox, Michael M.; Lehninger, Albert L. (2008). 《Lehninger Principles of Biochemistry》 5판. New York: W.H. Freeman. ISBN 9781429212427. 
  9. ↑ Johnson, Leonard R., 편집. (2003). 《Essential medical physiology》 3판. Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 9780123875846. 
  10. ↑ Heinemann, Henry O.; Goldring, Roberta M. (1974). “Bicarbonate and the regulation of ventilation”. 《The American Journal of Medicine》 57 (3): 361–370. doi:10.1016/0002-9343(74)90131-4. PMID 4606269. 
  11. ↑ Koeppen, Bruce M. (2009년 12월 1일). “The kidney and acid-base regulation”. 《Advances in Physiology Education》 33 (4): 275–281. doi:10.1152/advan.00054.2009. ISSN 1043-4046. PMID 19948674. 

외부 링크[편집]

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