중탄산염 완충계

중탄산염 완충계는 생체 내에서 혈액의 pH를 일정하게 유지하는 데 중요한 역할을 하는 완충 시스템이다. 주요 구성 요소는 중탄산 이온(HCO₃⁻)과 탄산(H₂CO₃)이며, 이들은 가역적인 반응을 통해 산성 또는 염기성 물질의 첨가에 대응하여 pH 변화를 최소화한다.

작동 원리:

중탄산염 완충계는 다음의 평형 반응을 기반으로 작동한다.

CO₂ (이산화탄소) + H₂O (물) ⇌ H₂CO₃ (탄산) ⇌ H⁺ (수소 이온) + HCO₃⁻ (중탄산 이온)

• 산성 물질 첨가 시: 혈액 내 수소 이온(H⁺) 농도가 증가하면 중탄산 이온(HCO₃⁻)과 반응하여 탄산(H₂CO₃)을 형성한다. 탄산은 다시 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)로 분해되어 폐를 통해 이산화탄소가 배출된다. 이는 혈액의 pH를 낮추는 수소 이온을 제거하여 pH 변화를 억제하는 효과를 가져온다.

• 염기성 물질 첨가 시: 혈액 내 수산화 이온(OH⁻) 농도가 증가하면 탄산(H₂CO₃)이 수산화 이온과 반응하여 중탄산 이온(HCO₃⁻)과 물(H₂O)을 생성한다. 또한, 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)이 반응하여 탄산을 생성함으로써 수산화 이온을 중화시킨다. 이는 혈액의 pH를 높이는 수산화 이온을 제거하여 pH 변화를 억제하는 효과를 가져온다.

생체 내 역할:

중탄산염 완충계는 혈액 pH 유지에 가장 중요한 완충 시스템 중 하나이며, 다른 완충 시스템 (예: 인산 완충계, 단백질 완충계)과 함께 작용하여 좁은 범위 내에서 pH를 유지하는 데 기여한다. 특히, 호흡기 질환이나 대사 질환으로 인해 산-염기 균형이 깨질 경우, 중탄산염 완충계의 기능이 더욱 중요해진다. 혈액의 pH가 정상 범위를 벗어날 경우 세포 기능에 심각한 손상을 초래할 수 있다.

임상적 중요성:

혈액 내 중탄산 이온 농도는 산-염기 균형 상태를 평가하는 중요한 지표로 사용된다. 혈액 가스 분석을 통해 중탄산 이온 농도를 측정하여 대사성 산증이나 대사성 알칼리증과 같은 산-염기 불균형 질환을 진단하고 치료하는 데 활용된다.

참고 문헌:

• 생화학 교재
• 생리학 교재
• 임상 화학 교재