Буферные системы крови

Буферные системы крови

Буферные системы крови

Бу́ферные систе́мы кро́ви (от англ. buffer, buff — «смягчать удар») — физиологические системы и механизмы, обеспечивающие заданные параметры кислотно-основного равновесия в крови[1]. Они являются «первой линией защиты», препятствующей резким перепадам pH внутренней среды живых организмов.

Циркулирующая кровь представляет собой взвесь живых клеток в жидкой среде, химические свойства которой очень важны для их жизнедеятельности. У человека за норму принят диапазон колебаний pH крови 7,37-7,44 со средней величиной 7,4. Буферные системы крови слагаются из буферных систем плазмы и клеток крови и представлены следующими системами[1][2]:

  • бикарбона́тная (водородкарбонатная) бу́ферная систе́ма;
  • фосфа́тная бу́ферная систе́ма;
  • белко́вая бу́ферная систе́ма;
  • гемоглоби́новая бу́ферная система
  • эритроциты

Помимо этих систем также активно участвуют дыхательная и мочевыделительная системы[1].

Бикарбонатная буферная система[ | ]

Одна из самых мощных и вместе с тем самая управляемая система[2] внеклеточной жидкости и крови, на долю которой приходится около 53 % всей буферной ёмкости крови. Представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты H2CO3, являющейся источником протона, и бикарбонат-аниона HCO3−, выполняющего роль акцептора протона:

H 2 C O 3 ⇄ H C O 3 − + H + {\displaystyle {\mathsf {H_{2}CO_{3}\rightleftarrows HCO_{3}{-}+H{+}}}} Вследствие того, что концентрация гидрокарбоната натрия в крови значительно превышает концентрацию H2CO3, буферная ёмкость этой системы будет значительно выше по кислоте. Иначе говоря, гидрокарбонатная буферная система особенно эффективно компенсирует действие веществ, увеличивающих кислотность крови. К числу таких веществ прежде всего относят молочную кислоту, избыток которой образуется в результате интенсивной физической нагрузки. Гидрокарбонатная система наиболее «быстро» отзывается на изменение pH крови[2]

Фосфатная буферная система[ | ]

В крови ёмкость фосфатной буферной системы невелика (составляет около 2 % общей буферной ёмкости), в связи с низким содержанием фосфатов в крови. Фосфатный буфер выполняет значительную роль в поддержании физиологических значений рН во внутриклеточных жидкостях и моче.

Буфер образован неорганическими фосфатами. Роль кислоты в этой системе выполняет однозамещённый фосфат (NaH2PО4), а роль сопряженного основания — двузамещённый фосфат (Na2HPО4).

При рН 7,4 соотношение [НРО42-/Н2РО4-] равняется 10 p H − p K a , o r t o I I = 1 , 55 {\displaystyle 10{pH-pK_{a,orto}{II}}=1,55} поскольку при температуре 25+273,15K pKa, ортоII=7,21[3], при этом средний заряд аниона ортофосфорной кислоты < q >=((-2)*3+(-1)*2)/5=-1,4 единиц заряда позитрона.

Буферные свойства системы при увеличении в крови содержания водородных ионов реализуются за счет их связывания с ионами НРО42- с образованием Н2РО4-:
H + + H P O 4 2 − → H 2 P O 4 − {\displaystyle {\mathsf {H{+}+HPO_{4}{2-}\rightarrow H_{2}PO_{4}{-}}}}

а при избытке ионов ОН- — за счет связывания их с ионами Н2РО4-:

H 2 P O 4 − + O H − ⇄ H P O 4 2 − + H 2 O {\displaystyle {\mathsf {H_{2}PO_{4}{-}+OH{-}\rightleftarrows HPO_{4}{2-}+H_{2}O}}}

Фосфатная буферная система крови тесно взаимосвязана с бикарбонатной буферной системой.

Белковая буферная система[ | ]

В сравнении с другими буферными системами имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия.(7-10 % буферной ёмкости)

Белки́ плазмы крови благодаря наличию кислотно-основных групп в молекулах белков (белок—H+ — кислота, источник протонов и белок− — сопряжённое основание, акцептор протонов) образуют буферную систему, наиболее эффективную в диапазоне pH 7,2—7,4[1].

Основную часть белков плазмы крови (около 90 %) составляют альбумины и глобулины. Изоэлектрические точки этих белков (число катионных и анионных групп одинаково, заряд молекулы белка равен нулю) лежат в слабокислой среде при pH 4,9-6,3 , поэтому в физиологических условиях при pH 7,4 белки находятся преимущественно в формах «белок-основание» и «белок-соль».

Буферная ёмкость, определяемая белками плазмы, зависит от концентрации белков, их вторичной и третичной структуры и числа свободных протон-акцепторных групп. Эта система может нейтрализовать как кислые, так и основные продукты. Однако вследствие преобладания формы «белок-основание» её буферная ёмкость значительно выше по кислоте.

Буферная ёмкость свободных аминокислот плазмы крови незначительна как по кислоте, так и по щелочи. При физиологическом значении pH их мощность мала. Практически только одна аминокислота-гистидин обладает значительным буферным действием при значении pH, близким к плазме крови.[2]

Эритроциты[ | ]

Во внутренней среде эритроцитов в норме поддерживается постоянное значение pH, равное 7,25.Здесь также действуют гидрокарбонатная и фосфатная буферные системы. Однако их мощность отличается от таковой в плазме крови.

Кроме того, в эритроцитах белковая система гемоглобин-оксигемоглобин играет важную роль как в процессе дыхания(транспортная функция по переносу кислорода к тканям и органам и удалению из них метаболической CO2), так и в поддержании постоянства pH внутри эритроцитов, а в результате и в крови в целом.

Эта буферная система в эритроцитах тесно связана с гидрокарбонатной системой.[2]

Гемоглобиновая буферная система[ | ]

Самая мощная буферная система крови (75 % буферной ёмкости). Играет важную роль как в процессе дыхания(транспортная функция по переносу кислорода к тканям и органам и удалению из них метаболической CO2), так и в поддержании постоянства pH внутри эритроцитов, а в результате и в крови в целом.[2]

Примечания[ | ]

  1. 1234Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия: Учебник — 1990 г. — стр. 452—455.
  2. 123456Ершов. Общая химия.Биофизическая химия.

    Химия биогенных элементов. — Издание восьмое, стериотипное. — Москва: Высшая школа, 2010. — 559 с. — ISBN 978-5-06-006180-2.

  3. И.Т.Гороновский, Ю.П.Назаренко, Е.Ф.Некряч. Краткий справочник по химии. — Пятое издание, исправленное и дополненное. — Киев: Наукова Думка, 1987. — С. 348. — 828 с.

Литература[ | ]

  • Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия: Учебник / Под. ред. акад. АМН СССР С. С. Дебова.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Медицина,— 1990.— 528 с., С. 452—455. ISBN 5-225-01515-8.
  • Ершов. Общая химия.Биофизическая химия.Химия биогенных элементов. — Издание восьмое,стериотипное. — Москва: Высшая школа, 2010. — 559 с. — ISBN 978-5-06-006180-2.

Источник: https://encyclopaedia.bid/%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F/%D0%91%D1%83%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8

Что представляет собой буферная система крови?

Буферные системы крови

Что представляет собой буферная система крови? Этот вопрос интересует многих людей.
Кровь имеет очень сложный химический состав и выполняет невероятно важные функции в нашем организме.

Она снабжает ткани и органы кислородом, отвечает за состояние иммунной системы, выполняет функцию терморегулятора.

Важной составляющей крови является плазма, а также форменные компоненты, к которым относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.

У мужчин объем крови больше, чем у женщин. Плазма составляет примерно 55% от ее объема, доля эритроцитов — 44%, остальные клетки — примерно 1%. В крови находятся белки и эритроциты, которые обеспечивают ей вязкость.

Буферная система — это соотношение кислот, солей и белков, препятствующих изменению уровня рН водных сред организма. Для того чтобы обеспечить постоянный уровень рН, необходимо связать избыток Н+ либо ОН- в определенной среде. Буферных систем в нашем организме несколько.

В первую очередь нужно определиться с тем, что принято считать за норму. Нормой принято считать значение показателя рН от 7,37 до 7,44, средняя величина 7,40.

Биохимия крови представлена взвесью клеток, которая является жидкостью. Для того чтобы поддерживать кислотно-основной баланс, необходимы буферные системы, включающие плазму и кровяные клетки.

Одной из самых мощных считается бикарбонатная буферная система.

Доля этой системы составляет примерно 10% от всей буферной емкости. Бикарбонатная система — это сопряженная кислотно-основная пара, которая состоит из Н2СО3, является донором протона и НСО3. Она представляет собой акцептор протона.

Фосфатная буферная система также считается сопряженной кислотно-основной парой, в которой присутствует ион Н2РО4 и ион НРО42. Наименьшую величину имеет белковая буферная система. Для этой системы характерен диапазон рН, который составляет 7,2-7,4.

Самой главной считается гемоглобиновая буферная система. Она составляет примерно 75% всей буферной емкости.

Функции буферной системы крови

Кислотно-щелочное равновесие в крови человека — очень важная характеристика, которую организм старается поддерживать в постоянной величине. Если равновесие по какой-либо причине нарушится, то биохимические реакции не будут протекать в нормальном виде, нарушится образование ферментов.

Кислоты — это вещества, которые отдают ионы водорода, а щелочи — вещества, которые их присоединяют. Уровень кислотности и щелочности принято оценивать по шкале рН. Нормой кислотности принято считать 7,35-7,45 по данной шкале. Если показатели смещаются и определяются меньше чем 7,35, то кислотность считается повышенной. Если она превышает 7,45, то это состояние называется алкалозом.

При обмене веществ происходит образование определенных продуктов, которые могут менять свои характеристики. Главную функцию в обмене веществ выполняют легкие, почки и буферные системы. Легкие отвечают за обеспечение кислородом. Мы вдыхаем кислород и выделяем углекислый газ.

Как известно, углекислый газ вступает во взаимодействие с водой, в итоге образуется углекислота. Если уровень углекислоты слишком высок, то происходит ацидоз, если же его недостаточно, то это состояние называется алкалозом.

Избыточное содержание кислот и щелочей выводится почками. Это позволяет поддерживать оптимальный уровень рН. Буферные системы обеспечивают нейтрализацию кислоты и щелочей в организме. Нарушение обмена веществ связано с болезнями, которые приводят к изменению уровня рН.

Нарушения в системе

Нарушение уровня рН очень часто сопровождается такими заболеваниями, причиной которых и стало нарушение кислотно-щелочного баланса.

Ацидоз проявляется следующими признаками:

  • тошнота, рвота;
  • учащенное дыхание;
  • головные боли;
  • кома;
  • снижение уровня артериального давления;
  • тахикардия.

Алкалоз имеет такие симптомы:

  • головные боли;
  • головокружение;
  • обморок;
  • кома;
  • судороги;
  • аритмия.

Симптомы ацидоза и алкалоза бывают разными, они могут быть метаболическими и респираторными. Причиной респираторного ацидоза является повышение углекислого газа плазмы крови. Как правило, это состояние развивается на фоне заболеваний легких. Оно может развиться на фоне бронхиальной астмы или нарушений нервной системы.

Алкалоз часто возникает на фоне патологий самых разных органов и систем, например, при переломах, отеках головного мозга, болезнях органов дыхания, при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Повышение уровня кислотности связано с болезнями, вызывающими расстройство обмена веществ. Например, сахарный диабет, который возникает из-за нарушения выработки инсулина. Причина в том, что для производства энергии используется не глюкоза, а жиры.

Процесс растворения жиров печенью приводит к появлению кетоновых кислот, что считается причиной ацидоза.
При нарушениях работы почек происходит сбой в их функционировании и, соответственно, в кислотно-щелочном балансе.

Источник: https://osostavekrovi.ru/sostav/bufernaya-sistema-krovi.html

Буферная система: классификация, пример и механизм действия

Буферные системы крови

Огромную роль для нормального функционирования человеческого организма играет кислотно-основное равновесие. Циркулирующая в организме кровь представляет собой смесь живых клеток, которые находятся в жидкой среде обитания.

Первой чертой охраны, что контролирует уровень pH в крови, выступает буферная система. Это физиологический механизм, который обеспечивает сохранение параметров кислотно-основного баланса, препятствуя перепадам pH.

Что он собой представляет и какие имеет разновидности, узнаем ниже.

Описание

Буферная система – это уникальный механизм. В организме человека существует их несколько, и все они состоят из плазмы и клеток крови.

Буферы представляют собою основания (белки и неорганические соединения), которые связывают или отдают Н+ и ОН-, уничтожая сдвиг pH в течение тридцати секунд.

Способность буфера поддерживать кислотно-основный баланс зависит от количества элементов, из которых он слагается.

Виды буферов крови

Кровь, которая постоянно движется, представляет собой живые клетки, которые существуют в жидкой среде. pH в норме составляет 7,37-7,44. Связка же ионов происходит определенным буфером, классификация буферных систем приведена ниже.

Сам же он состоит из плазмы и кровяных клеток и может быть фосфатным, белковым, бикарбонатным или гемоглобиновым. Все эти системы имеют достаточно простой механизм действия. Их деятельность нацелена на урегулирование уровня ионов в крови.

Гемоглобиновая буферная система является самой мощной из всех, она представляет собой щелочь в капиллярах тканей и кислоту в таком внутреннем органе, как легкие. На ее долю приходится около семидесяти пяти процентов всей буферной емкости.

Этот механизм участвует во множестве процессах, что происходят в крови человека, и имеет в своем составе глобин.

При переходе гемоглобинового буфера в другую форму (оксигемоглобин), наблюдается изменение этой формы, изменяются и кислотные свойства действующего вещества.

Качество восстановленного гемоглобина меньшее, чем у угольной кислоты, но становится намного лучше, когда он окисляется. Когда приобретается кислотность pH, гемоглобин соединяет ионы водорода, получается так, что он уже восстановленный.

Когда происходит очищение углекислого газа в легких, pH получается щелочным. В это время гемоглобин, который окислился, выступает донором протонов, при помощи чего происходит уравновешивание кислотно-основного баланса.

Так, буфер, что состоит из оксигемоглобина и его калиевой соли, способствует выделению из организма углекислоты.

Эта буферная система выполняет немаловажную роль в дыхательном процессе, так как совершает транспортную функцию по переносу к тканям и внутренним органам кислорода и удалению из них углекислоты. Кислотно-основное равновесие внутри эритроцитов при этом придерживается на постоянном уровне, следовательно, в крови также.

Таким образом, когда кровь насыщается кислородом, гемоглобин превращается в сильную кислоту, а когда кислород он отдает, то превращается в достаточно слабую органическую кислоту. Системы оксигемоглобина и гемоглобина – взаимопревращающиеся, они существуют как одно целое.

Особенности бикарбонатного буфера

Бикарбонатная буферная система выступает также мощной, но и самой управляемой в организме. На ее долю приходится около десяти процентов всей буферной емкости.

Она имеет универсальные свойства, которые обеспечивают ее двухстороннюю эффективность.

В состав этого буфера входит сопряженная кислотно-щелочная пара, что состоит из таких молекул, как угольная кислота (источник протона) и бикарбонат аниона (акцептор протона).

Так, бикарбонатная буферная система способствует протеканию систематического процесса, где в кровь попадает мощная кислота. Этот механизм связывает кислоту с бикарбонатом анионов, образуя кислоту угольную и ее соль. При попадании щелочи в кровь буфер связывается с угольной кислотой, образуя бикарбонатную соль.

Так как гидрокарбоната натрия в крови человека больше, чем угольной кислоты, данная буферная емкость будет иметь высокую кислотность. Другими словами, гидрокарбонатная буферная система (бикарбонатная)очень хорошо проводит компенсацию веществ, которые повышают кислотность крови.

К ним относится и молочная кислота, концентрация которой увеличивается при интенсивных физических нагрузках, а данный буфер очень быстро реагирует на изменения кислотно-основного баланса в крови.

Особенности фосфатного буфера

Фосфатная буферная система человека занимает близко двух процентов всей буферной емкости, что связано с содержанием в крови фосфатов. Этот механизм поддерживает показатель pH в моче и жидкости, что находится внутри клеток.

Буфер состоит из неорганических фосфатов: одноосновного (выполняет роль кислоты) и двухосновного (выполняет роль щелочи). При нормальном показателе pH соотношение кислоты и основания равняется 1:4. При увеличении количества ионов водорода фосфатная буферная система связывается с ними, образуя кислоту.

Этот механизм больше кислотный, чем щелочной, поэтому он отлично нейтрализует поступающие в кровь человека кислые метаболиты, например, молочную кислоту.

Особенности белкового буфера

Белковый буфер играет не такую особую роль в стабилизации кислотно-щелочного баланса, по сравнению с другими системами. На его долю приходится около семи процентов всей буферной емкости. Белки состоят из молекул, которые объединяются в кислотно-щелочные соединения. В кислой среде они выступают щелочами, которые связывают кислоты, в щелочной среде все происходит наоборот.

Это приводит к тому, что образуется белковая буферная система, которая достаточно эффективна при значении pH от 7,2 до 7,4. Большая доля белков представлена альбуминами и глобулинами.

Так как белковый заряд нулевой, то при нормальном показателе pH он находится в виде щелочи и соли. Эта буферная емкость зависит от количества белков, их структуры и свободных протонов.

Данный буфер может нейтрализовать и кислые, и щелочные продукты. Но емкость она имеет больше кислотную, чем щелочную.

Особенности эритроцитов

В норме эритроциты имеют постоянный показатель pH – 7,25. Здесь оказывают действие гидрокарбонатный и фосфатный буферы. Но по мощности они отличаются от тех, что находятся в крови.

В эритроцитах белковый буфер играет особую роль в обеспечении органов и тканей кислородом, а также удалению из них углекислоты. Кроме этого, он поддерживает постоянное значение внутри эритроцитов pH.

Белковый буфер в эритроцитах тесно связан с гидрокарбонатной системой, так как соотношение кислоты и соли здесь меньшее, чем в крови.

Пример буферной системы

Растворы сильных кислот и щелочей, которые обладаю слабыми реакциями, имеют непостоянный показатель pH. Но смесь кислоты уксусной с ее солью сохраняет имеет стабильное значение. Даже если к ним добавить кислоту или щелочь, кислотно-основное равновесие не изменится.

В качестве примера можно рассмотреть ацетатный буфер, который состоит из кислоты СН3СООН и ее соли СН3СОО. Если добавить сильную кислоту, то основание соли свяжет ионы Н+ и превратится в кислоту уксусную. Снижение уровня анионов соли уравновешивается увеличением молекул кислоты.

В результате этого наблюдается незначительное изменение в соотношении кислоты и ее соли, поэтому pH изменяется совсем незаметно.

Механизм действия буферных систем

При поступлении в кровь кислых или щелочных продуктов буфер обеспечивает постоянное значение pH до тех пор, пока поступившие продукты не выведутся или не используются в процессах метаболизма. В крови человека представлены четыре буфера, каждый из которых состоит из двух частей: кислоты и ее соли, а также сильной щелочи.

Эффект буфера обуславливается тем, что он связывает и нейтрализует ионы, которые поступают соответствующим ему составом. Поскольку в природе организм больше всего сталкивается с недоокисленными продуктами обмена, свойства буфер имеет антикислотные больше, чем антищелочные.

Каждая буферная система имеет свой принцип работы. При снижении уровня pH ниже отметки 7,0 начинается их активная деятельность.

Они начинают связывать излишки свободных ионов водорода, образуя комплексы, которые перемещают кислород. Он, в свою очередь, перемещается к системе пищеварения, легким, коже, почкам и так далее.

Такая транспортировка кислых и щелочных продуктов способствует их разгрузке и выведению.

В организме человека только четыре буферные системы играют важные роли в сохранении кислотно-основного равновесия, но существуют и другие буферы, например, ацетатная буферная система, которая имеет слабую кислоту (донор) и ее соль (акцептор).

Способность этих механизмов противостоять изменениям pH при попадании кислоты или соли в кровь является ограниченной. Они поддерживают кислотно-щелочное равновесие только в том случае, когда сильная кислота или щелочь поступают в определенном количестве.

Если оно будет превышено, pH резко изменится, буферная система прекратит свое действие.

Эффективность буферов

Буферы крови и эритроцитов имеют различную эффективность. У последних она выше, так как здесь присутствует гемоглобиновый буфер. Уменьшение количества ионов происходит по направлению от клетки до межклеточной среды, а затем до крови. Это говорит о том, что самая большая буферная емкость у крови, а меньшую имеет внутриклеточная среда.

При метаболизме в клетках появляются кислоты, которые проходят в межклеточную жидкость. Это происходит тем легче, чем их больше появляется в клетках, поскольку переизбыток ионов водорода увеличивает проницаемость мембраны клетки. Нам уже известна классификация буферных систем.

В эритроцитах они имеют более эффективные свойства, так как здесь еще играют роль коллагеновые волокна, которые реагируют набуханием на накопление кислоты, они ее поглощают и освобождают от ионов водорода эритроциты. Такая его способность обуславливается свойством абсорбции.

Взаимодействие буферов в организме

Все механизмы, которые находятся в организме, взаимосвязаны между собой. Буферы крови состоят из нескольких систем, вклад которых в поддержание кислотно-щелочного баланса различный.

При попадании крови в легкие она получает кислород путем его связывания в эритроцитах гемоглобином, образуя оксигемоглобин (кислоту), что поддерживает уровень pH.

При содействии карбоангидразы происходит параллельное очищение крови легких от углекислоты, которая в эритроцитах представлена в виде слабой двухосновной угольной кислотой и карбаминогемоглобином, а в крови – углекислотой и водой.

При уменьшении в эритроцитах количества слабой двухосновной угольной кислоты происходит проникновение ее из крови в эритроцит, и очищение крови от углекислоты. Таким образом, из клеток в кровь постоянно проходит слабая двухосновная угольная кислота, а из крови в эритроциты для соблюдения нейтральности поступают неактивные анионы хлорида.

В результате этого в красных клетках крови среда более кислотная, чем в плазме. Все системы буферов обосновываются отношением донор-акцептор протона (4:20), что связано с особенностями метаболизма организма человека, который образует большее число кислотных продуктов, чем щелочных.

Очень важным здесь является показатель кислотных буферных емкостей.

Обменные процессы в тканях

Кислотно-основной баланс поддерживается буферами и метаболическими превращениями в тканях организма. Этому помогают биохимические и физико-химические процессы.

Они способствуют потере кислотно-щелочных свойств продуктов обмена веществ, их связыванию, образованию новых соединений, которые быстро выводятся из организма. Например, большое количество молочной кислоты выводится в гликоген, органические кислоты нейтрализуются солями натрия.

Сильные кислоты и щелочи растворяются в липидах, а органические кислоты подвергаются окислению, образуя угольную кислоту.

Таким образом, буферная система – это первый помощник при нормализации кислотно-щелочного баланса в организме человека.

Стабильность pH нужна для нормальной работы биологических молекул и структур, органов и тканей.

При нормальных условиях буферные процессы поддерживают равновесие между появлением и удалением ионов водорода и углекислого газа, что способствует обеспечению в крови постоянного уровня pH.

Если происходит сбой в работе буферных систем, то у человека появляются такие патологии, как алкалоз или ацидоз. Все буферные системы взаимосвязаны и направлены на поддержание стабильного кислотно-основного равновесия. В организме человека постоянно образуется большое число кислых продуктов, которое эквивалентно тридцати литрам сильной кислоты.

Постоянство реакций внутри организма обеспечивают мощные буферы: фосфатный, белковый, гемоглобиновый и бикарбонатный. Существуют и другие буферные системы, но эти являются основными и самыми нужными для живого организма. Без их помощи у человека начнут развиваться различные патологии, которые могут привести к коме или летальному исходу.

Источник: https://FB.ru/article/336304/bufernaya-sistema-klassifikatsiya-primer-i-mehanizm-deystviya

Процессы, происходящие в тканях

  • Выделяемый при клеточном дыхании CO2 в обратимой реакции под действием карбангидразы эритроцитов превращается в угольную кислоту, диссоциирует на H+ и HCO3– и смещает pH крови в тканевых капиллярах в кислую сторону:

H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ HCO3 + H+

  • Увеличение концентрации протонов водорода способствует отщеплению О2 от оксигемоглобина (К‑НbО2) и образуется калиевая соль гемоглобина.
  • Паралельно кислые соединения взаимодействуют с калиевой солью гемоглобина (K‑Hb). При этом образуется соответствующая калийная соль кислоты и свободный гемоглобин. Свободный гемоглобин, обладая щелочными свойствами, связывает протоны водорода и образуется восстановленный гемоглобин, который впоследствии превращается в карбгемоглобин (H‑HbCO2).
  • Таким образом, при диссоциации оксигемоглобина происходит увеличение количества оснований, они присоединяют ионы Н+, и это препятствует закислению крови.

Процессы, происходящие в легочных капиллярах

  • Переход углекислого газа из крови в альвеолярный воздух ведет к снижению напряжения СО2 в плазме. Происходит отщепление СО2 от карбгемоглобина с образованием Н‑Нb, присоединение кислорода, создание Н‑НbО2 и его диссоциация на Н+ и НbО2.

    Далее ион Н+ используется для синтеза угольной кислоты и ликвидирует защелачивание крови, а НbО2 присоединяет ион К+.

  • Параллельно снижение напряжения СО2 в плазме смещает равновесие карбангидразной реакции в сторону образования СО2 и Н2О из угольной кислоты, которая синтезируется из КHCO3 и H+.

    Следовательно, бикарбонат-ионы и протоны водорода из среды исчезают.

Таким образом, образование оксигемоглобина увеличивает степень диссоциации кислотных групп его белковой части, высвобождающиеся ионы водорода нейтрализуют HCO3– с образованием угольной кислоты и выделением СО2.

Вместе с этим, диссоциация протона от оксигемоглобина препятствует защелачиванию крови.

Благодаря сочетанию химических процессов с актом дыхания cледующим по важности является бикарбонатный буфер.

При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, ионы бикарбоната натрия взаимодействуют с ней, происходит реакция обмена и образуется соответствующая соль и угольная кислота.

Угольная кислота является очень слабой кислотой, следовательно, концентрация водородных ионов понижается. Вместе с тем, благодаря присутствию в эритроцитах фермента карбангидразы, она быстро расщепляется с образованием CO2, удаляемого с выдыхаемым воздухом, и H2O.

Кроме эритроцитов, значительная активность карбангидразы отмечена в почках и печени. В случае поступления щелочных веществ они реагируют с угольной кислотой и образуют бикарбонаты. Возникающий при этом дефицит угольной кислоты немедленно компенсируется уменьшением выделения CO2 легкими.

Состояние бикарбонатного буфера оценивается, исходя из уравнения реакции:

H2O + CO2 ↔ H2CO3 ↔ HCO3 + H+

Углекислота находится в равновесии с растворенной в крови диокисью углерода и ионами, на которые она диссоциирует, при этом количество H2CO3 в двадцать раз меньше количества иона HCO3–. В клинике показателем реакции служат:

  • стандартные бикарбонаты (СБ) — концентрация HCO3– в плазме при стандартных условиях: полное насыщение кислородом крови, уравновешенной при 38°С с газовой смесью, в которой pCO2 равно 40 мм рт.ст.
  • актуальные бикарбонаты (АБ) — концентрация HCO3– в крови при 38°С и реальных значениях pH и pCO2.
  • CO2‑связывающая способность крови — отражает концентрацию бикарбонатов в плазме. Определяется газометрически и в настоящее время в связи с развитием электрохимических методов не используется.
  • щелочной запас — отражает концентрацию щелочных соединений в цельной крови, определяется титрометрически, относится к устаревшим методам.
  • парциальное давление углекислого газа (pCO2) — давление СО2 в газе, находящемся в равновесии с плазмой артериальной крови при температуре 38°С. Отражает концентрацию углекислоты в крови, зависящей от вентиляции легких и диффузии СО2 в воздух альвеол. Изменяется при нарушении дыхания и доставке углекислоты к легким.

Величина парциального давления зависит от суммы концентраций в крови CO2 и H2CO3 согласно уравнению:

[CO2 + H2CO3] = a × pСО2 , 
где a — коэффициент абсорбции Бунзена, a=0,0301

Фосфатная буферная система образована дигидрофосфатом (NaH2PO4) и гидрофосфатом (Na2HPO4) натрия. Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, второе обладает щелочными свойствами.

При взаимодействии ионов водорода (в том числе и угольной кислоты) с двузамещенным фосфатом натрия (Na2HPO4) образуется нейтральная соль и NaH2PO4. Таким образом, благодаря связыванию введенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.

При поступлении в кровь оснований избыток ОН–‑групп нейтрализуется кислотными Н+, а расход ионов Н+ восполняется повышением диссоциации NaH2PO4. Основное значение фосфатный буфер имеет для регуляции pH интерстициальной жидкости и мочи.

В моче роль его состоит в сбережении бикарбоната натрия, а также бикарбонатов других катионов — калия, магния, кальция, за счет дополнительного иона водорода (по сравнению с NaHCO3) в составе выводимого NaH2PO4 :

Na2HPO4 + H2CO3 ↔ NaH2PO4 + NaHCO3

Бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется, а реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата.

Источник: https://biokhimija.ru/acid-alkan-basis/bufery-krovi.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.