Киселинно-алкалният баланс играе огромна роля за нормалното функциониране на човешкото тяло. Кръвта, циркулираща в тялото, е смес от живи клетки, които се намират в течна среда. Първата защитна функция, която контролира нивото на pH в кръвта, е буферната система. Това е физиологичен механизъм, който гарантира, че параметрите на киселинно-алкалния баланс се поддържат чрез предотвратяване на спад на pH. Какво представлява и какви разновидности има, ще разберем по-долу.
Описание
Буферната система е уникален механизъм. В човешкото тяло има няколко от тях и всички те се състоят от плазма и кръвни клетки. Буферите са бази (протеини и неорганични съединения), които свързват или даряват H+ и OH-, разрушавайки изместването на pH в рамките на тридесет секунди. Способността на буфера да поддържа киселинно-алкален баланс зависи от броя на елементите, от които е съставен.
Видове кръвни буфери
Кръвта, която се движи постоянно, е живи клетки,които съществуват в течна среда. Нормалното рН е 7, 37-7, 44. Свързването на йони става с определен буфер, класификацията на буферните системи е дадена по-долу. Самият той се състои от плазма и кръвни клетки и може да бъде фосфат, протеин, бикарбонат или хемоглобин. Всички тези системи имат доста прост механизъм на действие. Тяхната дейност е насочена към регулиране на нивото на йоните в кръвта.
Характеристики на хемоглобиновия буфер
Хемоглобиновата буферна система е най-мощната от всички, тя е алкали в капилярите на тъканите и киселина в такъв вътрешен орган като белите дробове. Той представлява около седемдесет и пет процента от общия буферен капацитет. Този механизъм участва в много процеси, протичащи в човешката кръв, и има глобин в състава си. Когато хемоглобиновият буфер се промени в друга форма (оксихемоглобин), тази форма се променя и киселинните свойства на активното вещество също се променят.
Качеството на намаления хемоглобин е по-ниско от това на въглеродната киселина, но става много по-добро, когато се окисли. Когато киселинността на pH е придобита, хемоглобинът комбинира водородни йони, оказва се, че вече е намалена. Когато въглеродният диоксид се изчисти от белите дробове, рН става алкално. По това време окисленият хемоглобин действа като донор на протони, с помощта на който се балансира киселинно-алкалният баланс. И така, буферът, който се състои от оксихемоглобин и неговата калиева сол, насърчава освобождаването на въглероден диоксид от тялото.
Тази буферна система работиважна роля в дихателния процес, тъй като изпълнява транспортната функция за пренос на кислород до тъканите и вътрешните органи и отстраняване на въглеродния диоксид от тях. Киселинно-алкалният баланс вътре в еритроцитите се поддържа на постоянно ниво, следователно и в кръвта.
По този начин, когато кръвта е наситена с кислород, хемоглобинът се превръща в силна киселина, а когато се откаже от кислорода, се превръща в доста слаба органична киселина. Системите оксихемоглобин и хемоглобин са взаимно конвертируеми, те съществуват като едно.
Характеристики на бикарбонатния буфер
Бикарбонатната буферна система също е мощна, но и най-контролираната в тялото. Той представлява около десет процента от общия буферен капацитет. Той има многостранни свойства, които гарантират неговата двупосочна ефективност. Този буфер съдържа конюгирана двойка киселина-база, която се състои от молекули като въглеродна киселина (източник на протони) и анион бикарбонат (акцептор на протони).
По този начин, бикарбонатната буферна система насърчава систематичен процес, при който мощна киселина навлиза в кръвния поток. Този механизъм свързва киселината с бикарбонатните аниони, образувайки въглеродна киселина и нейната сол. Когато алкалите навлизат в кръвта, буферът се свързва с въглеродната киселина, образувайки бикарбонатна сол. Тъй като в човешката кръв има повече натриев бикарбонат, отколкото въглеродна киселина, този буферен капацитет ще има висока киселинност. С други думи, въглеводороден буферсистемата (бикарбонат) е много добра в компенсирането на веществата, които повишават киселинността на кръвта. Те включват млечна киселина, чиято концентрация се увеличава при интензивно физическо натоварване и този буфер реагира много бързо на промените в киселинно-алкалния баланс в кръвта.
Характеристики на фосфатния буфер
Човешката фосфатна буферна система заема близо два процента от общия буферен капацитет, който е свързан със съдържанието на фосфати в кръвта. Този механизъм поддържа pH в урината и течността, която е вътре в клетките. Буферът се състои от неорганични фосфати: едноосновни (действа като киселина) и двуосновни (действащи като алкали). При нормално pH съотношението киселина към основа е 1:4. С увеличаване на броя на водородните йони, фосфатната буферна система се свързва с тях, образувайки киселина. Този механизъм е по-кисел, отколкото алкален, така че той перфектно неутрализира киселинните метаболити, като млечна киселина, навлизащи в човешкия кръвоток.
Характеристики на протеиновия буфер
Протеиновият буфер не играе толкова специална роля за стабилизиране на киселинно-алкалния баланс, в сравнение с други системи. Той представлява около седем процента от общия буферен капацитет. Протеините са изградени от молекули, които се комбинират, за да образуват киселинно-основни съединения. В кисела среда те действат като алкали, които свързват киселини, в алкална среда всичко се случва обратното.
Това води до образуването на протеинова буферна система, коятотой е доста ефективен при стойност на рН от 7,2 до 7,4 Голяма част от протеините са представени от албумини и глобулини. Тъй като протеиновият заряд е нулев, при нормално pH той е под формата на алкали и сол. Този буферен капацитет зависи от броя на протеините, тяхната структура и свободните протони. Този буфер може да неутрализира както киселинните, така и алкалните продукти. Но капацитетът му е по-кисел, отколкото алкален.
Характеристики на еритроцитите
Обикновено еритроцитите имат постоянно pH - 7, 25. Хидрокарбонатните и фосфатните буфери имат ефект тук. Но по отношение на силата те се различават от тези в кръвта. В еритроцитите протеиновият буфер играе специална роля за осигуряване на органите и тъканите с кислород, както и за отстраняването на въглеродния диоксид от тях. Освен това поддържа постоянна стойност на pH вътре в еритроцитите. Протеиновият буфер в еритроцитите е тясно свързан с бикарбонатната система, тъй като съотношението на киселина и сол тук е по-малко, отколкото в кръвта.
Пример за буферна система
Разтворите на силни киселини и основи, които имат слаби реакции, имат променливо pH. Но сместа от оцетна киселина с нейната сол запазва стабилна стойност. Дори ако добавите киселина или алкали към тях, киселинно-алкалният баланс няма да се промени. Като пример, разгледайте ацетатния буфер, който се състои от киселината CH3COOH и нейната сол CH3COO. Ако добавите силна киселина, тогава основата на солта ще свърже Н + йоните и ще се превърне в оцетна киселина. Редукция на солевите анионибалансиран от увеличаване на киселинните молекули. В резултат на това има малка промяна в съотношението на киселината към нейната сол, така че pH се променя доста незабележимо.
Механизъм на действие на буферните системи
Когато киселинни или алкални продукти навлизат в кръвния поток, буферът поддържа постоянна стойност на pH, докато входящите продукти се отделят или използват в метаболитните процеси. В човешката кръв има четири буфера, всеки от които се състои от две части: киселина и нейната сол, както и силна основа.
Ефектът на буфера се дължи на факта, че той свързва и неутрализира йоните, които идват със съответния състав. Тъй като в природата тялото най-често среща недостатъчно окислени метаболитни продукти, свойствата на буфера са по-скоро антикиселинни, отколкото антиалкални.
Всяка буферна система има свой собствен принцип на действие. Когато нивото на pH падне под 7,0, започва тяхната енергична активност. Те започват да свързват излишните свободни водородни йони, образувайки комплекси, които придвижват кислорода. Той от своя страна се придвижва към храносмилателната система, белите дробове, кожата, бъбреците и т.н. Такова транспортиране на киселинни и алкални продукти допринася за тяхното разтоварване и отделяне.
В човешкото тяло само четири буферни системи играят важна роля за поддържането на киселинно-алкалния баланс, но има и други буфери, като ацетатната буферна система, която има слаба киселина (донор) и нейната сол (акцептор). Способността на тези механизмиза да се противопоставят на промените в pH, когато киселина или сол навлизат в кръвта, е ограничен. Те поддържат киселинно-алкалния баланс само когато се доставя силна киселина или алкали в определено количество. Ако то бъде превишено, рН ще се промени драстично, буферната система ще престане да функционира.
Ефективност на буферите
Буферите от кръв и еритроцити имат различна ефективност. При последния е по-висок, тъй като тук има хемоглобинов буфер. Намаляването на броя на йоните се случва в посока от клетката към междуклетъчната среда и след това към кръвта. Това предполага, че кръвта има най-голям буферен капацитет, докато вътреклетъчната среда има най-малък.
Когато клетките се метаболизират, се появяват киселини, които преминават в интерстициалната течност. Това се случва толкова по-лесно, колкото повече от тях се появяват в клетките, тъй като излишъкът от водородни йони увеличава пропускливостта на клетъчната мембрана. Вече знаем класификацията на буферните системи. В еритроцитите те имат по-ефективни свойства, тъй като тук все още играят роля колагеновите влакна, които реагират чрез набъбване на натрупването на киселина, те я абсорбират и освобождават еритроцитите от водородните йони. Тази способност се дължи на нейното свойство на абсорбция.
Взаимодействие на буферите в тялото
Всички механизми, които са в тялото, са взаимосвързани. Кръвните буфери се състоят от няколко системи, чийто принос за поддържане на киселинно-алкалния баланс е различен. Когато кръвта навлезе в белите дробове, тя получава кислород.чрез свързване с хемоглобина в червените кръвни клетки, образувайки оксихемоглобин (киселина), който поддържа нивото на pH. Със съдействието на карбоанхидразата се извършва паралелно пречистване на кръвта на белите дробове от въглероден диоксид, който в еритроцитите се представя под формата на слаба двуосновна въглеродна киселина и карбаминохемоглобин, а в кръвта - въглероден диоксид и вода.
С намаляване на количеството слаба двуосновна въглеродна киселина в еритроцитите, тя прониква от кръвта в еритроцита и кръвта се пречиства от въглероден диоксид. Така слаба двуосновна въглеродна киселина непрекъснато преминава от клетките в кръвта, а неактивните хлоридни аниони влизат в еритроцитите от кръвта, за да поддържат неутралност. В резултат на това червените кръвни клетки са по-кисели от плазмата. Всички буферни системи са оправдани от съотношението протонен донор-акцептор (4:20), което е свързано с особеностите на метаболизма на човешкото тяло, което образува по-голям брой киселинни продукти, отколкото алкални. Индикаторът за капацитета на киселинния буфер е много важен тук.
Обменни процеси в тъканите
Киселинно-алкалният баланс се поддържа от буфери и метаболитни трансформации в телесните тъкани. Това се подпомага от биохимични и физико-химични процеси. Те допринасят за загубата на киселинно-алкални свойства на метаболитните продукти, тяхното свързване, образуването на нови съединения, които бързо се отделят от тялото. Например, голямо количество млечна киселина се отделя в гликоген, органичните киселини се неутрализират от натриеви соли. Силенкиселини и основи се разтварят в липиди, а органичните киселини се окисляват, за да образуват въглеродна киселина.
По този начин буферната система е първият помощник в нормализирането на киселинно-алкалния баланс в човешкото тяло. Стабилността на pH е необходима за нормалното функциониране на биологичните молекули и структури, органи и тъкани. При нормални условия буферните процеси поддържат баланс между въвеждането и отстраняването на йони на водород и въглероден диоксид, което помага за поддържане на постоянно ниво на pH в кръвта.
Ако има повреда в работата на буферните системи, тогава човек развива патологии като алкалоза или ацидоза. Всички буферни системи са взаимосвързани и насочени към поддържане на стабилен киселинно-алкален баланс. Човешкото тяло непрекъснато произвежда голям брой киселинни продукти, което е еквивалентно на тридесет литра силна киселина.
Постоянството на реакциите в тялото се осигурява от мощни буфери: фосфат, протеин, хемоглобин и бикарбонат. Има и други буферни системи, но тези са основните и най-необходими за живия организъм. Без тяхна помощ човек ще развие различни патологии, които могат да доведат до кома или смърт.
