Układ buforu białkowego. Systemy buforujące krew

Środowisko wewnętrzne organizmów żywych.

Krążąca krew to zawiesina żywych komórek w płynnym ośrodku, którego właściwości chemiczne są bardzo ważne dla ich życiowej aktywności. U człowieka prawidłowy zakres wahań pH krwi wynosi 7,37-7,44, a średnia wartość wynosi 7,4. Układy buforowe krwi składają się z układów buforowych osocza i komórek krwi i są reprezentowane przez następujące układy:

  • układ buforowy wodorowęglanowy (węglowodorowy);
  • układ buforu fosforanowego;
  • układ buforu białkowego;
  • układ buforowy hemoglobiny
  • erytrocyty

Oprócz tych układów aktywnie zaangażowane są także układy oddechowy i moczowy.

Encyklopedyczny YouTube

    1 / 3

    ✪ Lekcja 1 - pH - równowaga kwasowo-zasadowa jest w zasięgu każdego

    ✪ Roztwory buforowe i równanie Hendersona-Hasselbacha

    ✪ Analiza równowagi kwasowo-zasadowej jest rzeczą normalną i jej interpretacja

    Napisy na filmie obcojęzycznym

Układ buforowy wodorowęglanowy

Jeden z najpotężniejszych, a jednocześnie najlepiej kontrolowanych układów płynu pozakomórkowego i krwi, który stanowi około 53% całej pojemności buforowej krwi. Jest to sprzężona para kwas-zasada, składająca się z cząsteczki kwasu węglowego H 2 CO 3, która jest źródłem protonu, oraz anionu wodorowęglanowego HCO 3 - pełniącego rolę akceptora protonów:

H. 2 do O 3 ⇄ H. do O 3 - + H. + (\ Displaystyle (\ mathsf (H_ (2) CO_ (3) \rightleftarrows HCO_ (3) ^ (-) + H ^ (+)))) W związku z tym, że stężenie wodorowęglanu sodu we krwi znacznie przewyższa stężenie H 2 CO 3, pojemność buforowa tego układu będzie znacznie większa w stosunku kwasowym. Innymi słowy, układ buforów wodorowęglanowych jest szczególnie skuteczny w kompensowaniu działania substancji zwiększających kwasowość krwi. Do substancji tych należy przede wszystkim kwas mlekowy, którego nadmiar powstaje w wyniku intensywnego wysiłku fizycznego. Układ wodorowęglanowy najszybciej reaguje na zmiany pH krwi

Układ buforu fosforanowego

We krwi pojemność układu buforu fosforanowego jest niewielka (około 2% całkowitej pojemności buforowej), ze względu na niską zawartość fosforanów we krwi. Bufor fosforanowy odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu fizjologicznych wartości pH płynów wewnątrzkomórkowych i moczu.

Bufor tworzą nieorganiczne fosforany. Rolę kwasu w tym układzie pełni jednopodstawiony fosforan (NaH 2 PO 4), a rolę koniugatu zasady pełni dipodstawiony fosforan (Na 2 HPO 4). Przy pH 7,4 stosunek [HPO 4 2- /H 2 PO 4 - ] jest równy 10 p H. - p K. za , o r t o ja ja = 1 , 55 (\ Displaystyle 10 ^ (pH-pK_ (a, orto) ^ (II)) = 1,55) ponieważ w temperaturze 25 + 273,15 K pK a, orto II \u003d 7,21, podczas gdy średni ładunek anionu kwasu ortofosforowego< q >=((-2)*3+(-1)*2)/5=-1,4 jednostki ładunku pozytonów.

Właściwości buforowe układu ze wzrostem zawartości jonów wodorowych we krwi realizowane są poprzez ich wiązanie z jonami HPO 4 2- z utworzeniem H 2 PO 4 -:

H. + + H. P. O 4 2 - → H. 2 P. O 4 - (\ Displaystyle (\ mathsf (H ^ (+) + HPO_ (4) ^ (2-) \rightarrow H_ (2) PO_ (4) ^ (-)) ))

oraz z nadmiarem jonów OH- - ze względu na ich wiązanie z jonami H 2 PO 4 -:

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)))

Układ buforowy fosforanowy krwi jest ściśle powiązany z układem buforowym wodorowęglanowym.

Układ buforu białkowego

W porównaniu do innych systemów buforowych ma mniejsze znaczenie dla utrzymania równowagi kwasowo-zasadowej (7-10% pojemności buforowej).

Główną część białek osocza krwi (około 90%) stanowią albuminy i globuliny. Punkty izoelektryczne tych białek (liczba grup kationowych i anionowych jest taka sama, ładunek cząsteczki białka wynosi zero) znajdują się w lekko kwaśnym środowisku o pH 4,9-6,3, dlatego w warunkach fizjologicznych przy pH 7,4 białka są głównie w postaci „bazy białkowej” i „soli białkowej”.

Układy buforowe to związki przeciwdziałające ostrym zmianom stężenia jonów H+. Każdy układ buforowy to para kwas-zasada: słaba zasada (anion, A -) i słaby kwas (H-Anion, HA). Minimalizują zmiany liczby jonów H+ w wyniku ich wiązania z anionem i włączenia do słabo dysocjującego związku, czyli słabego kwasu. Dlatego całkowita liczba jonów H + nie zmienia się tak zauważalnie, jak mogłaby.

Istnieją trzy systemy buforowe płynów ustrojowych dwuwęglan, fosforan, białko(w tym hemoglobina Działają natychmiastowo i już po kilku minutach ich działanie osiąga maksymalny możliwy efekt.

Układ buforu fosforanowego

Układ buforu fosforanowego stanowi około 2% całkowitej pojemności buforowej krwi i do 50% pojemności buforowej moczu. Tworzą go wodorofosforan (HPO 4 2–) i dihydrofosforan (H 2 PO 4 –). Dihydrofosforan słabo dysocjuje i zachowuje się jak słaby kwas, hydrofosforan ma właściwości zasadowe. Zwykle stosunek HPO 4 2– do H 2 PO 4 wynosi 4: 1.

Kiedy kwasy (jony H +) oddziałują z dipodstawionym fosforanem (HPO 4 2-), powstaje diwodorofosforan (H 2 PO 4 -):

Usuwanie jonów H+ za pomocą buforu fosforanowego

W efekcie zmniejsza się stężenie jonów H+.

Kiedy zasady dostają się do krwi (nadmiar grup OH - -), są neutralizowane przez jony H + dostające się do osocza z jonów H 2 PO 4 -:

Usuwanie równoważników zasadowych za pomocą buforu fosforanowego

Rola buforu fosforanowego jest szczególnie duża w przestrzeni wewnątrzkomórkowej i w świetle kanalików nerkowych. reakcja kwasowo-zasadowa mocz zależy tylko od zawartości diwodorofosforanu (H2PO4 – ), ponieważ wodorowęglan sodu jest wchłaniany ponownie w kanalikach nerkowych.

Układ buforowy wodorowęglanowy

Ten system jest najpotężniejszy i odpowiada za 65% całkowitej pojemności buforowej krwi. Składa się z jonu wodorowęglanowego (HCO 3 -) i kwasu węglowego (H 2 CO 3). Zwykle stosunek HCO 3 - do H 2 CO 3 wynosi 20 : 1.

Kiedy jony H + (tj. Kwasy) dostają się do krwioobiegu, jony wodorowęglanu sodu oddziałują z nim i powstaje kwas węglowy:

Podczas pracy układu wodorowęglanowego stężenie jonów wodorowych maleje, ponieważ. kwas węglowy jest bardzo słabym kwasem i słabo dysocjuje. Jednak we krwi nie dzieje się równolegle znaczny wzrost stężenia HCO 3 -.

Jeśli do krwiobiegu dostaną się substancje o właściwościach zasadowych, reagują z kwasem węglowym i tworzą jony wodorowęglanowe:

Praca buforu wodorowęglanowego jest nierozerwalnie związana z układem oddechowym (z wentylacją płuc). W tętniczkach płucnych, ze spadkiem stężenia CO2 w osoczu i z powodu obecności enzymu w erytrocytach anhydraza węglanowa kwas węglowy szybko rozkłada się, tworząc CO 2, który jest usuwany wraz z wydychanym powietrzem:

H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2

Oprócz erytrocytów znaczną aktywność anhydrazy węglanowej odnotowano w nabłonku kanalików nerkowych, komórkach błony śluzowej żołądka, korze nadnerczy i komórkach wątroby, w małych ilościach - w ośrodkowym układzie nerwowym, trzustce i innych narządach.

Układ buforu białkowego

Przede wszystkim białka osocza białko, działają jak bufor ze względu na swoje właściwości amfoteryczne. Ich udział w buforowaniu osocza krwi wynosi około 5%.

W kwaśne środowisko dysocjacja grup COOH rodników aminokwasów (w kwasie asparaginowym i glutaminianowym) jest tłumiona, a grupy NH2 (w argininie i lizynie) wiążą nadmiar H+. W tym przypadku białko jest naładowane dodatnio.

W alkalicznyśrodowisko zwiększa dysocjację grup COOH, jony H+ wchodzące do plazmy wiążą nadmiar jonów OH - i utrzymuje się pH. Białka w tym przypadku zachowują się jak kwasy i są naładowane ujemnie.

Zmiana ładunku grup buforów białkowych przy różnym pH

Układ buforowy hemoglobiny

Ma wysoką moc krwi bufor hemoglobiny stanowi aż 28% całkowitej pojemności buforowej krwi. Jak kwaśny częścią buforu jest utleniona hemoglobina H‑HbO2. Ma wyraźne właściwości kwasowe i oddaje jony wodoru 80 razy łatwiej niż zredukowany H-Hb, który działa jak zasada. Bufor hemoglobinowy można uznać za część buforu białkowego, ale jego cechą jest pracować w bliskim kontakcie z układem wodorowęglanów.

Zmiana kwasowości hemoglobiny zachodzi w tkankach i płucach i jest spowodowana związaniem odpowiednio H + lub O 2. Bezpośredni mechanizm działania buforu polega na przyłączeniu lub oddaniu jonu H+ reszta histydyny w globinowej części cząsteczki (efekt Bohra).

W tkankach bardziej kwaśne pH jest zwykle wynikiem akumulacji kwasów mineralnych (węglowego, siarkowego, solnego) i organicznych (kwasu mlekowego). Kiedy pH jest kompensowane za pomocą tego buforu, jony H + przyłączają się do napływającej oksyhemoglobiny (HbO 2) i przekształcają ją w H‑HbO 2. To natychmiast powoduje, że oksyhemoglobina uwalnia tlen (efekt Bohra), który zamienia się w zredukowaną H-Hb.

HbO 2 + H + → → H-Hb + O 2

W efekcie zmniejsza się ilość kwasów, powstają przede wszystkim jony H 2 CO 3 , HCO 3 , a przestrzeń tkankowa staje się zasadowa.

W płucach po usunięciu CO 2 (kwasu węglowego) następuje alkalizacja krwi. W tym przypadku dodatek O2 do deoksyhemoglobiny H-Hb tworzy kwas silniejszy niż kwas węglowy. Oddaje do podłoża swoje jony H+, zapobiegając wzrostowi pH:

H-Hb + O 2 → → HbO 2 + H +

Działanie buforu hemoglobinowego rozpatrywane jest nierozerwalnie od bufora wodorowęglanowego:

Wraz ze zmianami zawartości jonów H+ we krwi i innych ośrodkach organizmu (zarówno ze wzrostem, jak i spadkiem ich liczby) najpierw działają szybko działające i silne chemiczne układy buforowe osocza i erytrocytów ( hemoglobina, wodorowęglany, fosforany, białko). Układ buforowy hemoglobiny jest głównym buforem erytrocytów i stanowi około 75% całkowitej pojemności buforowej krwi. Hemoglobina, podobnie jak inne białka, jest amfolitem, to znaczy układ buforowy hemoglobiny składa się ze składnika kwasowego (utlenionej Hb, tj. HbO2) i głównego składnika (nieutlenionej, tj. zredukowanej Hb). Wykazano, że hemoglobina jest słabszym kwasem (około 70 razy) niż oksyhemoglobina. Ponadto Hb utrzymuje stałe pH dzięki wiązaniu CO2 i jego przenoszeniu z tkanki do płuc i dalej do środowiska zewnętrznego. Układ buforowy wodorowęglanowy (węglowodorowy) jest głównym buforem osocza krwi i płynu zewnątrzkomórkowego i stanowi około 15% całkowitej pojemności buforowej krwi. W środowisku zewnątrzkomórkowym jest reprezentowany przez kwas węglowy (H2CO3) i wodorowęglan sodu (NaHCO3). Stężenie jonów wodorowych w tym buforze wynosi = K [ H2CO3 / NaHC03 = 1/20, gdzie K jest stałą dysocjacji kwasu węglowego. Ten układ buforowy zapewnia z jednej strony powstawanie NaHC03, z drugiej strony powstawanie kwasu węglowego (H + + HCO3 – „H2CO3) i rozkład tego ostatniego (H2CO3 –” H20 + CO2) pod wpływem wpływ enzymu anhydrazy węglanowej na H20 i CO2. Dwutlenek węgla jest usuwany przez płuca podczas wydechu, nie następuje natomiast zmiana pH. Ten układ buforowy zapobiega zmianom pH w przypadku wprowadzenia do pożywki biologicznej mocnych kwasów i zasad w wyniku ich przekształcenia w słabe kwasy lub słabe zasady. Układ buforów węglowodorowych jest ważnym wskaźnikiem KOS. Jest to układ typu otwartego, związany z funkcją zarówno układu oddechowego, jak i nerek oraz skóry.Układ buforowy fosforanowy reprezentowany jest przez jedno- i dwupodstawiony fosforan sodu (NaH2P04 i Na2HP04). Pierwszy związek zachowuje się jak słaby kwas, drugi jak słaba zasada. Kwasy powstające w organizmie i dostające się do krwi oddziałują z Na2HP04, a zasady oddziałują z NaH2P04. W rezultacie pH krwi pozostaje niezmienione. Fosforany pełnią rolę buforującą głównie w środowisku wewnątrzkomórkowym (szczególnie w komórkach kanalików nerkowych) i utrzymują początkowy stan buforu wodorowęglanowego. Białkowy układ buforowy działa jak wewnątrzkomórkowy układ buforowy. Posiadając właściwości amfolityczne, w środowisku kwaśnym zachowują się jak zasady, a w środowisku zasadowym - jak kwasy. Białkowy układ buforowy składa się ze słabo dysocjującego białka kwasowego (białko COOH) i białka skompleksowanego z mocnymi zasadami (białko COONa). Ten układ buforowy pomaga również zapobiegać zmianom pH krwi. Później (po kilku minutach i godzinach) uruchamiają się fizjologiczne (narządowe i układowe) mechanizmy kompensacji i eliminacji przesunięć w CBS (dokonywane przez płuca – z wydychanym powietrzem, nerki – z moczem, skórę – z potem , wątroba i inne narządy przewodu pokarmowego – z kałem).

Utrzymanie stałości środowiska wewnętrznego jest warunkiem koniecznym prawidłowego metabolizmu. Do najważniejszych wskaźników charakteryzujących stałość środowiska wewnętrznego zalicza się Równowaga kwasowej zasady, czyli stosunek ilości kationów i anionów w tkankach organizmu, który wyraża się w pH. U ssaków osocze krwi ma odczyn lekko zasadowy i utrzymuje się w granicach 7,30-7,45.

Na stan równowagi kwasowo-zasadowej wpływa spożycie i powstawanie w organizmie zarówno produktów kwaśnych (kwasy organiczne powstają z białek i tłuszczów, a także pojawiają się jako produkty metabolizmu śródmiąższowego w tkankach), jak i substancji zasadowych (powstających z pokarmów roślinnych bogate w alkaliczne sole kwasów organicznych i sole ziem alkalicznych, produkty przemiany materii - amoniak, aminy, zasadowe sole kwasu fosforowego). Produkty kwaśne i zasadowe powstają także podczas różnych procesów patologicznych.

Białkowy układ buforowy to połączenie albumin i globulin – białek stanowiących większość osocza krwi (~ 90%).

Punkty izoelektryczne tych białek mieszczą się w zakresie wartości pH= 4,9-6,3, czyli w środowisku lekko kwaśnym. Dlatego w warunkach fizjologicznych (przy pH = 7,4) białka występują głównie w postaci „bazy białkowej” i soli „bazy białkowej”.

Odpowiednia równowaga kwasowo-zasadowa:

przesunęło się w stronę dominacji formy „białkowej”.

Pojemność buforowa wyznaczana przez białka osocza zależy od stężenia białek, ich struktury drugorzędowej i trzeciorzędowej oraz liczby wolnych grup akceptorowych protonów. System ten może neutralizować zarówno produkty kwaśne, jak i zasadowe. Jednakże ze względu na dominację formy „białkowo-bazowej” jej pojemność buforowa jest znacznie większa w kwasach i wynosi: dla albumin = 10 mmol/l, a dla globulin = 3 mmol/l.

4. Układ buforowy aminokwasów.

Pojemność buforowa wolnych aminokwasów w osoczu krwi jest znikoma zarówno w kwasach, jak i w zasadach. Wynika to z faktu, że prawie wszystkie aminokwasy są ważne , wyraźnie różni się od 7,4. Dlatego przy fizjologicznej wartości pH = 7,4 ich moc jest niewielka. Prawie tylko jeden aminokwas, histydyna ( = 6,0) – wykazuje znaczące działanie buforujące przy wartościach pH zbliżonych do pH osocza krwi.

Zatem moc układów buforowych osocza krwi maleje w szeregu:

wodorowęglan > białko > fosforan > aminokwas

Czerwone krwinki

W wewnętrznym środowisku erytrocytów pH = 7,25 odpowiada normie. Działają tu również układy buforów wodorowęglanowych i fosforanowych. Ich moc różni się jednak od mocy osocza krwi. Ponadto układ białkowy odgrywa ważną rolę w erytrocytach. hemoglobina-oksyhemoglobina, co stanowi około 75% całkowitej pojemności buforowej krwi.

Hemoglobina jest słabym kwasem ( = 8,2) i dysocjuje zgodnie z równaniem:

HHb ⇄H + + Hb -

Przy fizjologicznej wartości pH wynoszącej 7,25 opisuje to równanie Hendersona-Hasselbacha:

,

co pokazuje, że:

.

Zatem przy pH = 7,25 kwas HHb ulega dysocjacji tylko w 10%, a stężenie soli hemoglobiny (Hb -) jest znacznie mniejsze niż stężenie kwasu (HHb).

Układ HHb/Hb - może aktywnie neutralizować kwaśne i zasadowe produkty przemiany materii, ale ma większą pojemność w przypadku zasad niż w przypadku kwasu.

W płucach hemoglobina reaguje z tlenem. W tym przypadku powstaje oksyhemoglobina HHbO 2:

HHb + O 2 ⇄HHbО 2,

który jest przenoszony przez krew tętniczą do naczyń włosowatych, skąd tlen przedostaje się do tkanek.


Oksyhemoglobina jest słabym kwasem ( = 6,95), ale znacznie silniejsza od hemoglobiny ( = 8,2). Przy fizjologicznym pH = 7,25 równowaga kwasowo-zasadowa:

HHbО 2 ⇄H + + HbО 2 -

odpowiada równaniu Hendersona-Hasselbacha:

.

Z tego możemy wywnioskować, że С(HbО 2 -)/С(HHbО 2) = 2:1, a udział zdysocjowanych cząsteczek HHbО 2 wynosi około 65%.

Po dodaniu kwasów, aniony hemoglobiny Hb - jako pierwsze zneutralizują jony H +:

Hb - + H + ⇄ HHb,

ponieważ mają większe powinowactwo do protonu niż jony HbO2.

Pod działaniem zasad jako pierwsza zareaguje silniejsza kwaśna oksyhemoglobina HHbO 2:

HHbO 2 + OH - ⇄ HbO 2 - + H 2 O,

jednak kwas hemoglobinowy będzie także brał udział w neutralizacji jonów OH dostających się do krwi -:

HHb + OH - ⇄ Hb - + H 2 O.

Układ hemoglobina-oksyhemoglobina odgrywa ważną rolę zarówno w procesie oddychania (funkcja transportowa polegająca na transporcie tlenu do tkanek i narządów oraz usuwaniu z nich metabolicznego CO 2), jak i w utrzymaniu stałego pH wewnątrz erytrocytów, a co za tym idzie, we krwi jako całości.

W organizmie człowieka wszystkie systemy buforowe są ze sobą powiązane. Tak więc w erytrocytach układ buforowy hemoglobina-oksyhemoglobina jest ściśle powiązany z układem buforowym wodorowęglanowym. Ponieważ pH wewnątrz erytrocytów wynosi 7,25, stosunek stężeń soli (HCO 3 -) i kwasu H 2 CO 3 jest tutaj nieco mniejszy niż w osoczu krwi. Rzeczywiście z równania Hendersona-Hasselbacha wynika, że ​​w erytrocytach C (HCO 3 -) / C (H 2 CO 3) \u003d 14: 1. Jednak pomimo tego, że pojemność buforowa tego układu dla kwasu wewnątrz erytrocytów jest nieco mniejsza niż w osoczu, skutecznie utrzymuje on stałe pH.

Układ buforu fosforanowego odgrywa znacznie ważniejszą rolę w komórkach krwi niż w osoczu krwi. Przede wszystkim wynika to z faktu, że erytrocyty zawierają dużą ilość nieorganicznych fosforanów, głównie KH 2 PO 4 i K 2 HPO 4. Ponadto estry kwasów fosforowych odgrywają ważną rolę głównie w utrzymaniu stałego pH fosfolipidy które stanowią podstawę błon erytrocytów.

Fosfolipidy są stosunkowo słabymi kwasami. Wartości grupy fosforanowe mieszczą się w zakresie od 6,8 ​​do 7,2. Zatem przy fizjologicznym pH = 7,25 fosfolipidy błony erytrocytów występują zarówno w postaci niezjonizowanej, jak i zjonizowanej, tj. w postaci słabego kwasu i jego soli. Stosunek stężeń soli i kwasu wynosi w przybliżeniu (1,5-4):1. Zatem sama błona erytrocytów ma działanie buforujące i utrzymuje stałe pH wewnętrznego środowiska erytrocytów.

W przypadkach, gdy buforowe i wydalnicze mechanizmy obronne organizmu wyczerpują się i rozwija się ciężka postać kwasicy (zasadowicy), uciekają się do tłumienia tych zaburzeń lekami. Tak więc w postaci gazowej kwasicy dożylnie podaje się leki o charakterze zasadowym, którymi są sole słabych kwasów: 4% roztwór NaHCO 3 , roztwór soli sodowej kwasu cytrynowego - cytrynian sodu (Na 3 Cit), itp., które neutralizują nadmierną kwasowość poprzez wiązanie jonów H+ ze słabymi kwasami:

H + + HCO 3 - H2CO3 H2O + CO2

Eliminację metabolicznej postaci kwasicy przeprowadza się również poprzez wprowadzenie soli słabych kwasów i innych leków, które mają zdolność przenikania przez błony fosfolipidowe.

W przypadku zasadowicy podaje się roztwory słabych kwasów, na przykład 4% roztwór kwasu askorbinowego.

Jednak wymienione metody interwencji medycznej, ściśle rzecz biorąc, nie mają efektu terapeutycznego: pozwalają jedynie „kupować czas” na bardziej szczegółowe określenie przyczyn odchyleń i wyznaczenie przebiegu leczenia lub profilaktyki.

Ponieważ krew nie jest tylko płynem pozakomórkowym, ale zawiesiną komórek w płynnym ośrodku, jej równowaga kwasowo-zasadowa jest utrzymywana dzięki wspólnemu udziałowi układów buforowych osocza i komórek krwi, głównie erytrocytów. Wyróżnia się następujące układy buforowe krwi: osocze (węglowodory, fosforany, organiczne fosforany i białka) oraz erytrocyty (hemoglobina, wodorowęglany, fosforany).

Głównym buforem osocza krwi jest układ wodorowęglanowy H 2 WIĘC 3 / NSO 3 –

Układ buforowy wodorowęglanowy (wodorowęglanowy).

Składa się z kwasu węglowego i węglowodorów (NaHCO 3 – w płynie pozakomórkowym KHCO 3 wewnątrz komórek). W organizmie kwas węglowy powstaje w wyniku uwodnienia dwutlenku węgla, produktu utleniania węglowodanów, białek i tłuszczów. Ponadto proces ten przyspiesza działanie enzymu anhydrazy węglanowej.

WIĘC 2 + H 2 O ⇄ CO 2 ·N 2 O ⇄ N 2 WIĘC 3

Stosunek stężeń składników w układzie buforu węglowodorowego krwi [H 2 WIĘC 3 ] / [NSO 3 – ] = 1/20. Dlatego układ węglowodorowy ma znacznie większą pojemność buforową dla kwasu niż pojemność buforową dla zasady. Te. bufor ten szczególnie skutecznie kompensuje działanie substancji zwiększających kwasowość krwi. Do substancji tych należy przede wszystkim kwas mlekowy, którego nadmiar powstaje w wyniku intensywnego wysiłku fizycznego. (W zamkniętych pomieszczeniach często doświadczają uduszenia - brak tlenu, wzmożone oddychanie. Jednak uduszenie wiąże się nie tyle z brakiem tlenu, ile z nadmiarem CO 2 . Nadmiar CO 2 w atmosferze prowadzi do dodatkowego rozpuszczenia CO 2 we krwi, co odpowiednio prowadzi do obniżenia pH, czyli do kwasicy.)

Mechanizm buforowy.

Składniki: H 2 WIĘC 3 / NSO 3 –

W tym układzie donorem protonów jest kwas węglowy H 2 WIĘC 3 , a akceptorem protonów jest jon wodorowęglanowy HCO 3 – .

Jeśli kwas dostanie się do krwi i stężenie jonów wodorowych wzrośnie, wówczas oddziałuje z HCO 3 – , tworząc H 2 WIĘC 3 i prowadzi do uwolnienia gazowego CO 2 , który jest wydalany z organizmu podczas oddychania przez płuca.



H + + NSO 3 – H 2 WIĘC 3 WIĘC 2 + H 2 O

W tym przypadku stężenie słabego kwasu wzrasta, a stężenie soli (sprzężonej zasady) maleje o tę samą ilość ⇒ pH nie ulegnie zmianie, ponieważ AK idzie na PC. PC i OK, ale AK się nie zmienia.

Kiedy zasady dostają się do krwi, wiążą się z kwasem węglowym:

ON – + H 2 WIĘC 3 NSO 3 – + H 2 O

W tym przypadku pH prawie nie ulegnie zmianie ze względu na przesunięcie jonizacji kwasu w prawo w wyniku związania jednego z produktów jonizacji – protonów – ze słabym elektrolitem (wodą). W takim przypadku stężenie słabego kwasu zmniejszy się, a stężenie soli wzrośnie o tę samą ilość. pH się nie zmieni, ponieważ PC idzie do AK. PC i OK ↓, ale AK się nie zmieni.

Głównym celem systemu wodorowęglanowego jest neutralizacja kwasów. Bufor ten jest systemem szybkiego reagowania, ponieważ produkt jego interakcji z kwasami – dwutlenek węgla – jest szybko wydalany przez płuca.

Bufor wodorowęglanowy określa równowagę kwasowo-zasadową (ABR) we krwi i stanowi rezerwę zasadową krwi (ABR). Rezerwa zasadowa krwi jest wskaźnikiem funkcjonalności układów buforowych krwi, czyli ilością dwutlenku węgla, jaką można związać ze 100 ml osocza krwi, uprzednio doprowadzoną do równowagi z ośrodkiem gazowym, w którym ciśnienie parcjalne CO 2 wynosi 40 mm Hg. Sztuka, tj. zdolność krwi do wiązania CO 2 .

Bufor wodorowęglanowy występuje także w erytrocytach, płynie międzykomórkowym i tkance nerek.

Układ buforu wodorofosforanowego

Komponenty H 2 RO 4 – / Krajowy organ regulacyjny 4 2–

Składa się z dihydrofosforanów i wodorofosforanów (NaH 2 PO 4 i Na 2 HR 4 – w osoczu krwi i płynie międzykomórkowym, KN 2 RO 4 i K 2 HR 4 wewnątrz komórek). Rolę donora protonów w tym układzie pełni jon H 2 RO 4 – , a akceptorem protonów jest jon HPO 4 2– . Zwykle stosunek H 2 RO 4 – / Krajowy organ regulacyjny 4 2– = 1 / 4. Dlatego pojemność buforowa dla kwasu jest większa niż dla zasady.

Wraz ze wzrostem stężenia jonów wodorowych (na przykład podczas przetwarzania żywności mięsnej) są one neutralizowane przez jony HPO 4 2– . H + + NRO 4 2– ⇄H 2 RO 4 – .Gdy w organizmie wzrasta stężenie zasad (np. podczas spożywania pokarmów roślinnych), są one neutralizowane przez jony H 2 RO 4 – .

ON – + H 2 RO 4 – ⇄ Krajowy organ regulacyjny 4 2– + H 2 O

Nadmiar jonów dihydrofosforanowych i wodorofosforanowych jest wydalany przez nerki.

W przeciwieństwie do układu wodorowęglanowego (w którym przywrócenie stosunku osiąga się w ciągu 10-18 godzin w wyniku zmiany objętości wentylacji płuc), w układzie wodorofosforanowym całkowite przywrócenie stosunku składników następuje dopiero po 2-3 dni. Bufor fosforanowy we krwi jest ściśle powiązany z układem buforowym wodorowęglanowym.

Organiczne fosforany również mają właściwości buforowe, ale ich siła jest słabsza niż nieorganicznych buforów fosforanowych.

Układ buforu białkowego

Właściwości buforowe białek krwi wynikają ze zdolności aminokwasów do jonizacji. Końcowe grupy karboksylowe i aminowe łańcuchów białkowych odgrywają pod tym względem niewielką rolę, ponieważ takich grup jest niewiele. Zdecydowanie większy udział w tworzeniu pojemności buforowej układu białkowego mają grupy boczne zdolne do jonizacji.

Białka tworzą układ buforowy ze względu na obecność grup kwasowo-zasadowych w cząsteczce białka.

Białka buforujące krew obejmują zarówno białka osocza (zwłaszcza albuminę), jak i hemoglobinę zawartą w erytrocytach.

Szczególne znaczenie buforu hemoglobiny polega na tym, że kwasowość hemoglobiny zależy od jej stopnia utlenienia. W normalnych zakresach pH oksyhemoglobina jest silniejszym kwasem niż deoksyhemoglobina. Wynika to z wpływu tlenu związanego z żelazem na powinowactwo najbliższych grup imidazolowych histydyny do jonów wodorowych. Dzięki temu hemoglobina uwolniona od tlenu w tkankach nabywa większą zdolność wiązania jonów wodorowych, a we krwi żylnej, w wyniku uwolnienia przez tkanki dwutlenku węgla, jony te gromadzą się we krwi. Kiedy tlen zostaje wchłonięty w płucach, zachodzą procesy odwrotne.

Układ buforowy hemoglobiny

Jest oczywiście częścią buforu białkowego, ale wyróżnia się osobno ze względu na swoją specjalną lokalizację – wewnątrz erytrocytów – i specjalną funkcję.

Jest reprezentowany przez kwasy hemoglobinę i oksyhemoglobinę oraz ich sprzężone zasady - odpowiednio jony hemoglobinianowe i oksyhemoglobinowe.

Składniki HHb / Hb – i HbO 2 / HbO 2 –

Bufor hemoglobiny jest głównym układem buforowym erytrocytów, który stanowi około 75% całkowitej pojemności buforowej krwi. Oksyhemoglobina jest silniejszym kwasem niż hemoglobina. Udział hemoglobiny w regulacji pH krwi związany jest z jej rolą w transporcie tlenu z tkanek do płuc oraz kwasu węglowego. Układy hemoglobiny i oksyhemoglobiny są układami wzajemnie wymienialnymi i istnieją jako całość. System ten działa skutecznie tylko w połączeniu z innymi systemami buforującymi krew. Ten układ buforowy w erytrocytach jest ściśle powiązany z układem wodorowęglanowym.

W erytrocytach pH utrzymuje się na stałym poziomie dzięki działaniu trzech układów buforowych:

Siła tych kwasów i zasad zmienia się w następujący sposób:

HHb< H 2 CO 3 < HHbO 2

Hb -> HCO 3 -> HbO 2 -

Transfer protonu odbywa się według schematu:

w naczyniach włosowatych tkankowych

Tlen dostarczany jest do tkanek przez kwas oksyhemoglobiny i jego sprzężoną zasadę (jon hemoglobinianu).

HHbO 2 ® O 2 + HHb

W wyniku metabolizmu dwutlenek węgla i woda gromadzą się, tworząc kwas węglowy, który oddziałuje z mocną zasadą Hb - tworząc słaby kwas HHb i zasadę o średniej mocy HCO 3 -.

HHb i HCO 3 - dyfundują przez błonę erytrocytów do osocza i wraz z krwią są transportowane do płuc.

w naczyniach włosowatych płuc słaby kwas HHb wiąże O 2, powstaje mocny kwas HHbO 2,

HHb + O 2 ® HHbO 2

który częściowo oddziałuje z zasadą HCO 3 - tworząc H 2 CO 3,

i częściowo razem ze sprzężoną zasadą HbO 2 - powraca wraz z przepływem krwi do tkanek. Powstały H 2 CO 3 rozkłada się pod działaniem enzymu anhydrazy węglanowej na wodę i dwutlenek węgla,

H2CO3 H2O + CO2

które są wydalane przez płuca.

Oprócz układów buforowych krwi, aktywny udział biorą również układ oddechowy i układ moczowy.

kwasica i zasadowica

W wielu stanach patologicznych we krwi gromadzą się tak duże ilości kwasów lub zasad, że układy buforowe krwi, układ oddechowy i wydalniczy nie są w stanie utrzymać pH na stałym poziomie. W zależności od kierunku, w jakim zmienia się reakcja krwi, istnieją 2 rodzaje naruszeń ASC.

Nazywa się obniżenie pH krwi w stosunku do prawidłowego poziomu (pH ‹ 7,37). kwasica i wzrost (pH > 7,43) - zasadowica.

Kwasica to przesunięcie pH w stronę kwaśną, pH spada, wzrasta stężenie jonów wodorowych.

Zasadowica - zmiana pH do obszaru zasadowego, wzrost pH, zmniejszenie stężenia jonów wodorowych.

Każdy z tych dwóch typów dzieli się na kilka kolejnych odmian, w zależności od przyczyny zmiany pH. Takie zmiany mogą wystąpić przy zmianach wentylacji płuc (uszkodzeniu płuc może towarzyszyć wzrost ciśnienia CO 2 we krwi, a hiperwentylacja prowadzi do spadku tego napięcia. Takie stany nazywane są kwasicą oddechową (oddechową) lub zasadowicą.

Kwasica oddechowa

Charakteryzuje się wzrostem ciśnienia parcjalnego CO2 i stężenia dwutlenku węgla we krwi, a także kompensacyjnym wzrostem wodorowęglanów, najczęściej obserwowanym: przy zapaleniu płuc; z niewydolnością krążenia ze stagnacją w krążeniu płucnym; pod wpływem leków działających depresyjnie na ośrodek oddechowy (morfina i jej pochodne); w znieczuleniu ogólnym.

Zasadowica oddechowa

Rozwija się, gdy występuje hipokapnia z powodu hiperwentylacji pęcherzykowej - P (CO 2) 36 mm Hg. Sztuka. Pomimo tego, że zawartość wodorowęglanów nieco spada w wyniku zrównoważenia CO 2 i H 2 CO 3 , stosunek [HCO 3 ] do [α·P (CO 2)] wzrasta, a zatem wzrasta również pH.

W przypadku utrzymującej się hipokapni komórki kanalików nerkowych wydzielają dodatkową ilość wodorowęglanów, przywracając normalny stosunek [HCO 3 ] do [α·P (CO 2)]. Przywrócenie pH może być prawie całkowite i proces ten nazywany jest wyrównaną zasadowicą oddechową.

W przypadku zaburzeń metabolicznych nielotne kwasy mogą gromadzić się we krwi; wręcz przeciwnie, przedostawaniu się zasad do krwi lub utracie HCl może towarzyszyć zmniejszenie zawartości tych kwasów. Stany te nazywane są kwasicą metaboliczną lub zasadowicą płucną. Zasadowica metaboliczna z pierwotnym wzrostem stężenia wodorowęglanów występuje przy: nadmiernym i niekontrolowanym podawaniu roztworów alkalicznych, utrzymujących się wymiotach, niedoborze potasu w organizmie, zasadowicy wrodzonej z hipokaliemią. Kwasicę metaboliczną, charakteryzującą się spadkiem stężenia HCO 3 ¯ w osoczu, obserwuje się w następujących chorobach i stanach: U dzieci w okresie noworodkowym, Stany toksyczne ze strony przewodu pokarmowego u małych dzieci, Głód, Po długotrwałym podawaniu amonu chlorek lub chlorek wapnia, śpiączka cukrzycowa, niewydolność kłębuszkowa nerek.

Ponieważ pH krwi może zmieniać się również w przypadku uszkodzenia nerek, zmiany równowagi kwasowo-zasadowej spowodowane zaburzeniami nerek lub metabolizmu łączy się pod nazwą kwasicy lub zasadowicy nieoddechowej.

Oszacowanie CARR

Ocena równowagi kwasowo-zasadowej krwi ma ogromne znaczenie w klinice. Do takiej oceny należy zmierzyć szereg wskaźników, które pozwalają rozpoznać u pacjenta kwasicę lub zasadowicę i ocenić, czy ma ona charakter oddechowy, czy nieoddechowy.

Wniosek o stanie tarczycy pozwala wybrać odpowiednie leczenie. Konieczne jest zmierzenie następujących wskaźników krwi tętniczej:

Na podstawie wartości pH można ocenić, czy zawartość jonów H we krwi jest prawidłowa (pH 7,37-7,43), czy też przesunięta w tę czy inną stronę. Jednocześnie normalna wartość pH nie pozwala jeszcze mówić z pewnością o braku naruszenia ASC, ponieważ. w tym przypadku nie można wykluczyć wyrównanej kwasicy lub zasadowicy.

2. Ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla.

Wzrost lub spadek ciśnienia CO 2 w porównaniu z jego normalnym poziomem (35-45 mm Hg. art.) jest oznaką zaburzeń oddechowych ASC.

3. Nadmiar zasady (BE).

Na podstawie wartości BE można stwierdzić, że doszło do naruszenia ASC poza układem oddechowym. Zmiany tej wartości (norma wynosi od -2,5 do +2,5 mmol / l) bezpośrednio odzwierciedlają spadek lub wzrost zawartości nielotnych kwasów we krwi.

4. Standardowy wodorowęglan.

Tak zwany „standardowy wodorowęglan” jest czasami stosowany jako wskaźnik zaburzeń innych niż oddechowe AFR. Wartość ta odpowiada zawartości wodorowęglanów w osoczu krwi całkowicie nasyconym mieszaniną gazów. Normalne „standardowe stężenie wodorowęglanów” wynosi 24 mmol/l. Wskaźnik ten nie odzwierciedla efektu buforującego białek, więc jest stosunkowo mało informacyjny.