Basa adalah senyawa kimia yang menerima ion hidrogen. Contohnya, ion bikarbonat HCO3- adalah basa karena mampu menerima ion H+ dan membentuk asam karbonat (H2CO3).
Begitu juga dengan fosfat (HPO4), yang juga basa karena dapat membentuk asam fosfat (H2PO4). Protein dalam tubuh juga bertindak sebagai basa karena beberapa asam amino dalam protein memiliki muatan negatif dan dapat menerima ion hidrogen.
Asam kuat adalah asam yang terdisosiasi dengan cepat dan melepaskan sejumlah besar ion H+ dalam larutan. Contohnya adalah HCl. Sedangkan asam lemah memiliki kecenderungan yang lebih rendah untuk terdisosiasi dan melepaskan H+. Contohnya adalah H2CO3.
Basa kuat adalah basa yang dengan cepat dan kuat bereaksi dengan H+ dan menghilangkannya dari larutan. Contohnya adalah ion hidroksil (OH-), yang bereaksi cepat dan membentuk air (H2O). Sedangkan basa lemah adalah basa yang lemah bereaksi dengan ion H+. Contohnya adalah HC03-.
Konsentrasi Ion Hidrogen dan pH
Pengaturan ion hidrogen yang tepat sangat penting karena hampir semua aktivitas enzim dalam tubuh terpengaruh oleh konsentrasi ion hidrogen. Oleh karena itu, perubahan konsentrasi hidrogen pada dasarnya dapat mengubah fungsi sel dan tubuh secara keseluruhan.
Konsentrasi ion hidrogen dalam cairan tubuh biasanya dipertahankan pada tingkat yang rendah dibandingkan dengan ion-ion lainnya. Konsentrasi ion hidrogen dalam darah, yang dianggap normal, biasanya berada dalam batas ketat sekitar 0,00004 mEq/liter. Karena konsentrasi ion hidrogen yang normal rendah dan jumlahnya yang kecil tidak praktis, konsentrasi ion hidrogen sering kali diukur menggunakan satuan pH, yang merupakan skala logaritma.
pH = log 1/H+
pH = -log H+
Normal H+ adalah 0,00000004 Eq/liter. Oleh karena itu, pH normal adalah:
pH = -log (0,00000004)
pH = 7,4
Dari rumus di atas, dapat dilihat bahwa pH berbanding terbalik dengan konsentrasi ion hidrogen. Oleh karena itu, pH yang rendah berarti konsentrasi ion hidrogen yang tinggi, sementara pH yang tinggi berarti konsentrasi ion hidrogen yang rendah.
Seseorang dikatakan mengalami asidosis ketika pH turun dari nilai normal dan dikatakan mengalami alkilosis ketika pH naik di atas nilai normal. Batas rendah pH tempat seseorang dapat bertahan hidup hanya beberapa jam adalah sekitar 6,8, sementara batas atasnya adalah sekitar 8,0.
Pengaturan Perubahan Konsentrasi Ion Hidrogen
Ada 3 sistem utama yang mengatur konsentrasi ion hidrogen dalam cairan tubuh untuk mencegah terjadinya asidosis atau alkilosis:
- Sistem penyangga asam basa di dalam cairan tubuh.
- Pusat pernapasan.
- Ginjal.
Ketika terjadi perubahan dalam konsentrasi ion hidrogen, sistem penyangga cairan tubuh bekerja dengan cepat untuk menyeimbangkan perubahan tersebut. Sistem penyangga tersebut tidak menghilangkan ion hidrogen dari tubuh atau menambahnya, namun hanya mempertahankannya terikat sampai keseimbangan kembali tercapai.
Setelah itu, sistem pernapasan juga berfungsi dalam beberapa menit untuk menghilangkan CO2 dan dengan demikian H2CO3 dari tubuh. Kedua mekanisme pengaturan ini mempertahankan konsentrasi ion hidrogen agar tidak berubah terlalu banyak hingga sistem pengaturan ketiga, yaitu ginjal, bereaksi lebih lambat.
Ginjal dapat menghilangkan kelebihan asam dan basa dari tubuh. Meskipun ginjal merespons relatif lebih lambat dibandingkan dengan sistem penyangga dan pernapasan, ginjal adalah sistem pengaturan asam basa yang paling kuat dalam beberapa jam hingga beberapa hari.
Sistem Penyangga Ion Hidrogen dalam Cairan Tubuh
Penyangga adalah zat apa pun yang secara terbalik dapat mengikat ion hidrogen dan dengan cepat bergabung dengan asam atau basa untuk mencegah perubahan konsentrasi ion hidrogen yang signifikan. Sistem penyangga dalam cairan tubuh bekerja dengan cepat dan menghasilkan efek dalam hitungan detik. Ada 4 sistem penyangga utama dalam cairan tubuh.
Sistem Penyangga Bicarbonat
Sistem ini terdiri dari larutan air yang mengandung dua zat: asam lemah H2CO3 dan garam bikarbonat NaHCO3. H2CO3 dibentuk dalam tubuh melalui reaksi CO2 dan H2O yang dikatalisis oleh enzim karbonik anhidrase. Reaksinya adalah CO2 + H2O ? H2CO3.
Reaksi ini terjadi secara lambat dan hanya menghasilkan sedikit H2CO3, kecuali jika ada enzim karbonik anhidrase. Enzim ini terutama hadir di dinding alveoli paru-paru dan sel epitel tubulus ginjal. H2CO3 berionisasi dengan lemah menjadi H+ dan HCO3-: H2CO3 ? H+ + HCO3-.
Ketika asam kuat seperti HCl ditambahkan ke larutan penyangga bikarbonat, peningkatan ion hidrogen yang dilepaskan oleh asam (HCl ? H+ + Cl-) ditangkap oleh HCO3-: ?H+ + HCO3- ? H2CO3 ? CO2 + H2O.
Hasilnya, lebih banyak H2CO3 terbentuk, yang menyebabkan peningkatan produksi CO2 dan H2O. Dalam reaksi ini, ion hidrogen dari asam kuat HCl bereaksi dengan HCO3- untuk membentuk asam yang sangat lemah, yaitu H2CO3, yang kemudian terurai menjadi H2O dan CO2. Jumlah CO2 yang berlebihan merangsang pernapasan untuk mengeluarkan CO2 dari cairan ekstraseluler.
Komponen kedua dari sistem ini adalah garam bikarbonat (NaHCO3). Garam ini berionisasi untuk membentuk ion natrium dan ion bikarbonat (HCO3-) sebagai berikut: NaHCO3 ? Na+ + HCO3-. Ketika basa kuat NaOH ditambahkan ke larutan penyangga bikarbonat: NaOH + H2CO3 ? NaHCO3 + H2O.
Ion hydroxide (OH-) dari NaOH bergabung dengan H2CO3 untuk membentuk tambahan HCO3-. Dengan demikian, basa lemah menggantikan basa kuat NaOH. Pada saat bersamaan, peningkatan konsentrasi H2CO3 (karena bereaksi dengan NaOH) menyebabkan CO2 bergabung dengan H2O untuk menggantikan H2CO3: CO2 + H2O ? H2CO3 ? ? HCO3- + H+ + Na+.
Oleh karena itu, hasil akhirnya adalah penurunan kadar CO2 dalam darah, tetapi penurunan ini menghambat pernapasan dan menurunkan laju pengeluaran CO2 dari tubuh. Peningkatan HCO3- dalam darah dikompensasi dengan peningkatan ekskresi HCO3- oleh ginjal. Akibatnya, asam kuat berubah menjadi asam lemah dan basa kuat berubah menjadi basa lemah.
Sistem Penyangga Fosfat
Sistem ini bekerja dengan cara yang sama untuk mengubah asam kuat menjadi asam lemah dan basa kuat menjadi basa lemah. Natrium hidrogen fosfat (Na2HPO4) adalah basa lemah dan natrium dihidrogen fosfat (NaH2PO4) adalah asam lemah: HCl + Na2HPO4 ? NaH2PO4 + NaCl dan NaOH + NaH2PO4 ? Na2HPO4 + H2O.
Sistem Protein
Sistem ini adalah penyangga terkuat dalam tubuh karena mengandung gugus karboksil yang berfungsi sebagai asam dan gugus amino yang berfungsi sebagai basa.
Sistem Hemoglobin
Sistem hemoglobin dalam sel darah merah berfungsi sebagai penyangga pembentukan ion hidrogen saat CO2 diangkut antara jaringan dan paru-paru. Mekanisme pernapasan melibatkan perubahan ventilasi pulmonar untuk mengeluarkan CO2 dan mengatur jumlah asam karbonat yang terbentuk.
Penyesuaian pernapasan membutuhkan waktu satu hingga tiga menit untuk mulai bekerja dan berfungsi setelah sistem penyangga asam basa. Prosesnya adalah sebagai berikut:
- CO2 secara terus-menerus ditambahkan ke dalam darah vena sebagai hasil dari metabolisme sel dan transportasi ke paru-paru. Ketika CO2 terurai di paru-paru, asam karbonat terbentuk, yang kemudian terurai menjadi ion hidrogen dan ion bikarbonat: CO2 + H2O ? H2CO3 ? H+ + HCO3-. Karbon dioksida dikeluarkan dari paru-paru sehingga reaksi tersebut bergerak ke arah kiri dan plasma menjadi kurang asam.
- Dalam kondisi fisiologis normal, produksi CO2 seimbang dengan pengeluarannya, yang merupakan fungsi sistem pernapasan dalam pengaturan asam basa.
- Jika aktivitas metabolik meningkat, misalnya selama olahraga, akan terjadi peningkatan tekanan parsial karbon dioksida arteri (pCO2), peningkatan kadar asam karbonat plasma, dan penurunan pH plasma (asidosis). Pernapasan akan disesuaikan untuk mengeluarkan lebih banyak karbon dioksida.
- Kadar CO2 berlebihan dalam darah akan berdifusi ke sistem saraf pusat untuk mencapai kemoreseptor sentral. Di sistem saraf pusat, CO2 membentuk asam karbonat yang terurai menjadi ion hidrogen. Ion hidrogen ini merangsang kemoreseptor.
- Ion hidrogen merangsang kemoreseptor sentral, yang mengakibatkan peningkatan frekuensi dan kedalaman pernapasan. Peningkatan frekuensi pernapasan akan mengeluarkan lebih banyak CO2 secara respiratorik sehingga mengurangi kadar asam karbonat dan meningkatkan pH.
- Sebaliknya, jika pH plasma meningkat (alkalosis), frekuensi pernapasan akan berkurang untuk mengurangi pengeluaran CO2. Kadar CO2 yang rendah di plasma akan membuat reaksi tersebut bergerak ke arah kanan dan menurunkan pH.
Pengaturan oleh Ginjal
Pengaturan ini terjadi melalui ekskresi asam basa dalam urin. Ginjal mengatur pH darah dengan mengeluarkan lebih banyak ion hidrogen saat plasma darah asam dan dengan menyerap lebih banyak ion bikarbonat saat plasma darah basa.
Fungsi ginjal dalam pengaturan ini berlangsung selama beberapa jam hingga beberapa hari dan melibatkan mekanisme berikut:
Sekresi Tubulus Ion Hidrogen
- CO2 dalam cairan intersisial akan berdifusi ke dalam sel epitel dan berikatan dengan air untuk membentuk asam karbonat, yang kemudian berionisasi menjadi ion hidrogen dan ion karbonat.
- Ion hidrogen akan diangkut secara aktif keluar dari sel menuju lumen tubulus dan dikeluarkan dari tubuh melalui urin.
Reabsorpsi dan Ekskresi Bikarbonat
- Setiap ion hidrogen yang disekresikan dari sel epitel ke dalam lumen tubulus akan menyebabkan satu ion natrium diangkut secara aktif masuk ke dalam sel epitel dari lumen tubulus untuk menjaga keseimbangan elektrokimia. Ion natrium dan ion bikarbonat akan diangkut bersamaan dari sel epitel ke dalam cairan intersisial dan masuk ke dalam darah.
- Dalam kondisi fisiologis normal, laju sekresi ion hidrogen sama dengan laju filtrasi glomerulus terhadap bikarbonat. Ginjal akan mereabsorpsi semua bikarbonat yang terfiltrasi.
- Jika pH plasma menjadi basa, penyerapan ion hidrogen oleh sel tubulus akan berkurang sehingga yang diekskresikan dalam urin akan sedikit. Jumlah bikarbonat yang terfiltrasi tidak akan sepenuhnya diabsorpsi dan lebih banyak yang diekskresikan dalam urin.
Sistem Penyangga dalam Urin
- Penyangga fosfat
- Penyangga fosfat terkonsentrasi dalam cairan tubulus karena tidak diabsorpsi. Penyangga fosfat berfungsi untuk mengeluarkan ion hidrogen dari cairan tubulus dan membuangnya dalam urin.
- Mekanisme ini memungkinkan ekskresi jumlah ion hidrogen yang besar tanpa harus membuat urine menjadi sangat asam, yang dapat merusak saluran kemih.
- Penyangga amonia dan amonium
- Sel-sel tubulus mensintesis amonia (NH3) dari asam glutamat. Amonia berdifusi
About The Author
