Быстрая компенсация сдвигов рН

Буферные системы

Буферные системы – это соединения, противодействующие резким изменениям концентрации ионов Н+. Любая буферная система - это кислотно-основная пара: слабое основание (анион, А) и слабая кислота (Н-Анион, H-А). Они минимизируют сдвиги количества ионов Н+ за счет их связывания с анионом и включения в плохо диссоциирующее соединение – в слабую кислоту. Поэтому общее количество ионов Н+ изменяется не так заметно, как это могло бы быть.

Существует несколько буферных систем жидкостей организма – бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая.Они вступают в действие моментально и через несколько минут их эффект достигает максимума возможного.

Фосфатная буферная система

Фосфатная буферная система составляет около 2% от всей буферной емкости крови и до 50% буферной емкости мочи. Она образована гидрофосфатом (HPO42–) и дигидрофосфатом (H2PO4). Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, второе обладает щелочными свойствами. В норме отношение HРO42– к H2РO4 равно 4 : 1.

При взаимодействии кислот (ионов Н+) с двузамещенным фосфатом (HPO42‑) образуется дигидрофосфат (H2PO4):

Удаление водорода фоcфатным буфером
Удаление ионов H фосфатным буфером

В результате концентрация ионов Н+ понижается.

При поступлении в кровь оснований (избыток ОН‑групп) они нейтрализуются поступающими в плазму от H2PO4ионами Н+:

Удаление щелочей фосфатным буфером
Удаление щелочных эквивалентов фосфатным буфером

Роль фосфатного буфера особенно высока во внутриклеточном пространстве и в просвете почечных канальцев. Кислотно-основная реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата, т.к. бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется.

Белковая буферная система

Белки плазмы, в первую очередь альбумин, играют роль буфера благодаря своим амфотерным свойствам. Их вклад в буферизацию плазмы крови около 5%.

В кислой среде подавляется диссоциация СООН‑групп аминокислотных радикалов (в аспарагиновой и глутаминовой кислотах), а группы NH2 (в аргинине и лизине) связывают избыток Н+. При этом белок заряжается положительно.

В щелочной среде усиливается диссоциация COOH‑групп, поступающие в плазму ионы Н+ связывают избыток ОН‑ионов и pH сохраняется. Белки в данном случае выступают как кислоты и заряжаются отрицательно.

Удаление водорода белковым буфером
Изменение заряда буферных групп белка при различных рН

Бикарбонатная буферная система

Эта система самая мощная, на ее долю приходится 65% всей буферной системы. Она состоит из бикарбонат-иона (НСО3) и угольной кислоты (Н2СО3). В норме отношение HCO3 к H2CO3 равно 20/1.

При поступлении в кровь ионов H+ (т.е. кислоты) ионы бикарбоната натрия взаимодействуют с ней и образуется угольная кислота:

Удаление водорода карбонатным буфером

При работе бикарбонатной системы концентрация водородных ионов понижается, т.к. угольная кислота является очень слабой кислотой и плохо диссоциирует. При этом в крови не происходит параллельного значимого увеличения концентрации НСО3

Если в кровь поступают вещества с щелочными свойствами, то они реагируют с угольной кислотой и образуют ионы бикарбоната:

Удаление щелочей карбонатным буфером

Работа бикарбонатного буфера неразрывно связана с дыхательной системой (с вентиляцией легких). В легочных артериях благодаря присутствию в эритроцитах фермента карбоангидразы, угольная кислота быстро расщепляется с образованием CO2, удаляемого с выдыхаемым воздухом:

Н2СО3 Н2О + СО2

Кроме эритроцитов, значительная активность карбоангидразы отмечена в эпителии почечных канальцев, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников и клетках печени, в незначительных количествах – в центральной нервной системе, поджелудочной железе и других органах.

Гемоглобиновая буферная система

Высокой мощностью в крови обладает гемоглобиновый буфер, на него приходится до 28% всей буферной емкости крови. В качестве кислой части буфера выступает оксигенированный гемоглобин H‑HbO2. Он имеет выраженные кислотные свойства и в 80 раз легче отдает ионы водорода, чем восстановленный Н‑Нb, выступающий как основание. Гемоглобиновый буфер можно рассматривать как часть белкового, но его особенностью является работа в тесном контакте с бикарбонатной системой.

Изменение кислотности гемоглобина происходит в тканях и в легких и вызывается связыванием соответственно H+ или О2. Непосредственный механизм заключается в присоединении или отдаче иона H+ остатком гистидина в глобиновой части молекулы (см эффект Бора).

В тканях более кислый pH является результатом накопления минеральных (угольной, серной,соляной) и органических кислот (молочной). Ионы H+ присоединяются к пришедшему оксигемоглобину (HbО2) и превращают его в H‑HbО2. Это моментально вызывает отдачу оксигемоглобином кислорода (эффект Бора) и он превращается в восстановленный H‑Hb.

НbO2+ Н+ → [H-HbO2] → Н-Hb + O2

В результате снижается количество Н2СО3, продуцируются ионы НСО3 и тканевое пространство подщелачивается.

В легких после удаления СО2 (угольной кислоты) происходит защелачивание крови. При этом присоединение О2 к дезоксигемоглобину H-Hb образует кислоту более сильную, чем угольная. Она отдает свои ионы Н+  в среду, предотвращая повышение рН:

Н-Hb + O2 → [H-HbO2] → НbO2 + Н+

Работу гемоглобинового буфера обычно рассматривают в связи с бикарбонатныым буфером:

Удаление водорода гемоглобиновым буфером

Эффективность гемоглобинового буфера напрямую зависит от активности дыхательной системы (Газобмен в легких и тканях)

    Вы можете спросить или оставить свое мнение.