Hjem » Syre-/baseforstyrrelsernes patofysiologi » Buffere
Buffere
Det følgende handler om buffere og buffersystemer i kroppen:
- Hvad er en buffer?
- Buffere i forskellige kompartments
- Det isohydriske princip
- Henderson-Hasselbachs ligning
- Åbne og lukkede buffere
.
Kerry Brandis’ AcidBaseBook er den primære kilde til nedenstående, og du er bedre tjent med at læse ham. I virkeligheden er nedenstående nok blot en smådårlig gengivelse tilsat det på dansk fuldstændigt fjollede buffersynonym puffer. Så vidt jeg kan gennemskue blev det ord hentet fra tysk og blev populært i slutningen af 1800-tallet til at beskrive de stødpuder, der forhindrede togvogne i at klaske uhæmmet hårdt sammen. Nu hænger vi på det, og sådan kan man jo 140 år senere stadig kæmpe med togdriften; som bekendt den sværeste af de menneskelige drifter. Spøg til side: Herfra hedder det buffer.
Borons kapitel 28 i Medical Physiology er også meget koncist. På dansk kan man i Rationel Væske- og Elektrolytbehandlings kapitel 6 om Syrer, baser og blodgasser også lære meget.
Hvad er en buffer?
En buffer er en vandig opløsning med et eller flere stoffer, der kan frigive og optage protoner, sådan at pH er konstant, selvom der tilsættes syre eller base til opløsningen.
En buffer er en svag syre med dens korresponderende svage base. De er svage, fordi der opstår et ækvillibrium, hvor ikke alle molekyler er deprotonerede henholdsvis protonerede. Man kan skrive det skematisk sådan her:
AH ⇄ A– + H+
Hvor AH er en svag syre (A) der er protoneret (H), mens A– er den korresponderende svage base og H+ den frigivne proton.
Fosfat er en vigtig intracellulært buffer, og ved pH omkring 7,4 findes den primært i følgende ligevægt, fordi dissociationskonstanten er 7,2:
H2PO4– ⇄ HPO42- + H+
Eller her illustreret med strukturformler:
Når man tilføjer en stærk syre til en bufferopløsning, vil bufferen optage protonerne fra den stærke syre og mindske pH-udsving. Det vil sige, at buffere fungerer som stødpuder (deraf det danske puffer) mod angreb på pH.
Buffere i forskellige kompartments
Det skulle gerne allerede fremgå af ovenstående, at kroppen har mere end én buffer, og at de forskellige buffersystemer også varierer forskellige steder i kroppen. Nedenstående tabel er grebet ud af Brandis og tilført dissociationskonstanter.
| Kompartment | Buffer (pKa) |
| Intersticialvæsken (ISF) | Bikarbonat (6,1) —— Nedenstående i lav koncentration, så ikke vigtige buffere: Fosfat (7,2) Proteiner (histidingrupper: 6,8) |
| Blod | Bikarbonat (6,1) Hæmoglobin (histidingrupper: 6,8) Plasmaproteiner (histidingrupper: 6,8) —— Nedenstående i lav koncentration, så ikke vigtig buffer: Fosfat (7,2) |
| Intracellulærvæsken (ICF) | Protein (histidingrupper: 6,8) Fosfat (7,2) |
| Urin | Fosfat (7,2) Ammonium (9,25) |
| Knogle | Calciumcarbonat |
Man kan se, at forskellige kompartments har forskellige buffere. Hvor bikarbonat er en vigtig buffer i blod og intersticialvæsken, er den ikke betydende i intracellulærvæsken, hvor i stedet proteiner og fosfat er vigtige. Plasmaproteiners histidin har en vigtig bufferevne, dels fordi der er mange histidiner i hæmoglobin, dels fordi dissociationskonstanten er 6,8. Ligevægten imellem protoneret og deprotoneret form ligger meget tæt på fysiologisk pH.
Henderson-Hasselbachs ligning
Ligesom fosfat er en vigtig intracellulær buffer, er bikarbonat en vigtig ekstracellulær buffer. Ligesom fosfat ved fysiologisk pH har en svag syreform og en svag baseform, gælder det samme for bikarbonat. Bikarbonat er den svage base korresponderende til den svage syre kulsyre. Kulsyre er omvendt i ligevægt med CO2 og vand. Ligesom fosfat kan man skrive det sådan her:
H2O + CO2 ⇄ H2CO3 ⇄ HCO– + H+
Hvor første del af reaktionen er langsom og den sidste meget hurtig. Funktionen af carbonanhydrase, der findes i rigelig mængder i erytrocytter, er at katalysere den første reaktion. CO2 er en gas, der har en opløsningskoefficient i vand, s. Ligesom fosfat i vand har et ækvillibrium, har også ovenstående et ækvillibrium, og man kan relativt nemt vise, at:
Det er Henderson-Hasselbachs ligning, der siger, at pH (i ekstracellulærfasen) afhænger af forholdet imellem CO2-indholdet og bikarbonat-koncentrationen. Mere om Henderson-Hasselbach her.
Buffere i åbne og lukkede systemer
En af grundene til, at bikarbonat er en stærk buffer og den vigtigste buffer til at håndtere metabolisk producerede syrer (og vi producerer massive mængder syrer konstant), er, at både bikarbonat og kuldioxid er åbne systemer. Fosfat i intracellulærfasen er omvendt et lukket system.
Et lukket buffersystem har en endelig kapacitet til at modvirke tilføjelser af syre eller base. Det vil sige, at der er en total bufferkapacitet. Man kan forestille sig en situation med massiv intracellulær acidose, hvor en hel celles indhold af hydrogenfosfat blev opbrugt og omdannet til dihydrogenfosfat. På et tidspunkt ville fosfat ikke længere have nogen relevant bufferkapacitet og (i fraværet af andre buffere), ville pH begynde at falde drastisk (indtil dihydrogenfosfat begyndte at protonere til fosforsyre med en dissociationskonstant omkring 2,0).
Et åbent buffersystem har i modsætning til et lukket buffersystem ikke en endelig bufferkapacitet. Bikarbonatbuffersystemet har den karakter, fordi kroppen har mulighed for at udskille både bikarbonat og kuldioxid. Bikarbonat kan udskilles renalt og kuldioxid kan udåndes. Der er altså uendeligt store håndvaske, hvor bikarbonat kan udskilles (kloaksystemet) og hvor CO2 kan udåndes (atmosfæren).
Det isohydriske princip
Det isohydriske princip siger, at alle buffere i ethvert givet kompartment er buffer for den samme koncentration af protoner. Det vil sige, at de alle refererer til det samme pH, og derfor er i ækvillibrium med hinanden. Konsekvensen af det er, at man ikke behøver at måle alle buffere i hele kroppen for at få en indtryk af den overordnede syre-base-balance i kroppen. Det betyder også, at man kan beregne pH korrekt på baggrund af kuldioxidtryk, bikarbonatkoncentration og pKa på 6,1 uden at tage hensyn til alle mulige andre buffere.
Kilder
Brandis K (2018) 2.2 Buffering & 4.5 Respiratory Acidosis – Compensation. AcidBaseBook på AnesthesiaMCQ.com. Tilgået d. 7/5-2024
Boron WF (2016). Ch. 28 Acid-Base Physiology. I Boron WF & Boulpaep EL Medical Physiology 3rd Ed. Elsevier, 2016: pp. 628-646.
Yartsev A (2023. Buffers and buffering power. På DerangedPhysiology.com. Tilgået d. 7/5-2024.
Brandstrup B, Faber T & Engquist A. Kap. 6 Syrer, baser og blodgasser. I Rationel Væske- og Elektrolytbehandling 3. udg. Munksgaard, 2020, pp. 137-166.