Bộ đệm Protein: điều chỉnh thăng bằng kiềm toan nội bào

Protein là một trong những hệ đệm phong phú nhất trong cơ thể vì có nồng độ cao đặc biệt ở nội bào.

pH trong tế bào, dù thường thấp hơn so với dịch ngoại bào nhưng có sự thay đổi gần như tương ứng với sự thay đổi pH của dịch ngoại bào. H+ và HCO3- khếch tán nhẹ qua màng tế bào mặc dù những ion này phải mất một vài giờ để đạt được trạng thái cân bằng với dịch ngoại bào (ngoại trừ sự cân bằng được thiết lập nhanh chóng ở các tế bào hồng cầu). Tuy nhiên CO2 có thể khuếch tán nhanh chóng qua màng tế bào. Sự khuếch tán qua màng tế bào của các yếu tố của hệ đệm bicacbonat là nguyên nhân của hiện tượng pH nội bào thay đổi theo sự thay đổi của pH ngoại bào. Vì lí do này, các hệ đệm trong tế bào có thể giúp ngặn chặn sự thay đổi pH ngoại bào nhưng phải mất vài giờ mới có thể đạt được hiệu quả tối đa.

Trong tế bào hồng cầu, hemoglobin là một hệ đệm quan trọng:

H+ + Hb < = > HHb

Khoảng 60-70% các hệ đệm hóa học của dịch cơ thể nằm trong tế bào, và hầu hết các kết quả này đến từ protein nội bào. Tuy nhiên, ngoại trừ hồng cầu, sự vận chuyển chậm của H+ và HCO3- khiến cho thường mất vài giờ mới đạt được khả năng đệm tối đa của protein nội bào trong trường hợp mất cân bằng kiềm toan ngoại bào.

Ngoài nồng độ cao trong tế bào, một yếu tố khác góp phần vào khả năng đệm của protein là pKs của nhiều hệ thống protein khá gần với pH nội bào.

Nguyên tắc isohydric: Mục đích của tất cả hệ đêm là thiết lập cân bằng với nồng độ H+.

Trong thực tế tất cả các hệ đệm đều hoạt động cùng nhau vì H+ thường xuất hiện trong các phản ứng của các hệ đệm. Vì vậy, bất cứ khi nào thay đổi nồng độ H+ ngoại bào đều thay đổi sự cân bằng của các hệ đệm cùng lúc. Hiện tượng này được gọi là nguyên tắc isohydric, và được minh họa bằng công thức:

H+ = K1 x HA1/A1 + K2 x HA2/A2 + K3 x HA3/A3

K1, K2, K3 là hằng số phân ly của 3 axit tương ứng, HA1 , HA2 , HA3 và A1 , A2 , A3 là nồng độ của các ion âm tự do cơ sở của 3 hệ thống đệm.

Ý nghĩa của nguyên tắc này là bất kì yếu tố nào làm thay đổi cân bằng của một trong các hệ thống đệm cũng làm thay đổi sự cân bằng của các hệ đệm khác vì các hệ đệm trao đổi H+ với nhau.