Rūgščių ir šarmų pusiausvyra atlieka didžiulį vaidmenį normaliai žmogaus organizmo veiklai. Kūne cirkuliuojantis kraujas yra gyvų ląstelių, esančių skystoje buveinėje, mišinys. Pirmoji saugumo priemonė, kontroliuojanti pH lygį kraujyje, yra buferinė sistema. Tai fiziologinis mechanizmas, užtikrinantis rūgščių-šarmų balanso parametrų palaikymą, užkertant kelią pH kritimui. Kas tai yra ir kokių veislių jis turi, sužinosime toliau.
Aprašymas
Buferio sistema yra unikalus mechanizmas. Žmogaus kūne jų yra keletas, ir jie visi susideda iš plazmos ir kraujo ląstelių. Buferiai – tai bazės (b altymai ir neorganiniai junginiai), kurios suriša arba atiduoda H+ ir OH-, sunaikindamos pH poslinkį per trisdešimt sekundžių. Buferio gebėjimas išlaikyti rūgščių ir šarmų pusiausvyrą priklauso nuo elementų, iš kurių jis sudarytas, skaičiaus.
Kraujo buferių tipai
Nuolat judantis kraujas yra gyvos ląstelės,kurios egzistuoja skystoje terpėje. Normalus pH yra 7, 37-7, 44. Jonų surišimas vyksta su tam tikru buferiu, buferinių sistemų klasifikacija pateikta žemiau. Jis pats susideda iš plazmos ir kraujo ląstelių ir gali būti fosfatas, b altymas, bikarbonatas arba hemoglobinas. Visos šios sistemos turi gana paprastą veikimo mechanizmą. Jų veikla yra skirta reguliuoti jonų kiekį kraujyje.
Hemoglobino buferio ypatybės
Hemoglobino buferio sistema yra pati galingiausia, ji yra audinių kapiliarų šarmas ir rūgštis tokiame vidaus organe kaip plaučiai. Tai sudaro apie septyniasdešimt penkis procentus visos buferio talpos. Šis mechanizmas dalyvauja daugelyje žmogaus kraujyje vykstančių procesų, jo sudėtyje yra globino. Kai hemoglobino buferis pasikeičia į kitą formą (oksihemoglobiną), pasikeičia ši forma, taip pat pasikeičia ir veikliosios medžiagos rūgštinės savybės.
Sumažėjusio hemoglobino kokybė yra mažesnė nei anglies rūgšties, tačiau ji tampa daug geresnė, kai ji oksiduojama. Kai įgyjamas pH rūgštingumas, hemoglobinas sujungia vandenilio jonus, pasirodo, jis jau yra sumažintas. Kai anglies dioksidas pašalinamas iš plaučių, pH tampa šarminis. Šiuo metu oksiduotas hemoglobinas veikia kaip protonų donoras, kurio pagalba subalansuojamas rūgščių-šarmų balansas. Taigi buferis, kurį sudaro oksihemoglobinas ir jo kalio druska, skatina anglies dioksido išsiskyrimą iš organizmo.
Ši buferio sistema veikiasvarbus vaidmuo kvėpavimo procese, nes atlieka deguonies pernešimo į audinius ir vidaus organus bei iš jų anglies dvideginio pašalinimo funkciją. Rūgščių ir šarmų pusiausvyra eritrocitų viduje palaikoma pastovi, todėl ir kraujyje.
Taigi, kraujui prisotinus deguonies, hemoglobinas virsta stipria rūgštimi, o atsisakęs deguonies – gana silpna organine rūgštimi. Oksihemoglobino ir hemoglobino sistemos yra tarpusavyje konvertuojamos, jos egzistuoja kaip viena.
Bikarbonatinio buferio savybės
Bikarbonato buferio sistema taip pat yra galinga, bet taip pat labiausiai kontroliuojama organizme. Tai sudaro apie dešimt procentų visos buferio talpos. Jis pasižymi įvairiomis savybėmis, užtikrinančiomis abipusį efektyvumą. Šiame buferyje yra konjuguota rūgšties ir bazės pora, kurią sudaro molekulės, tokios kaip anglies rūgštis (protonų š altinis) ir anijonų bikarbonatas (protonų akceptorius).
Taigi, bikarbonato buferio sistema skatina sistemingą procesą, kai galinga rūgštis patenka į kraują. Šis mechanizmas suriša rūgštį su bikarbonato anijonais, sudarydamas anglies rūgštį ir jos druską. Kai šarmas patenka į kraują, buferis jungiasi su anglies rūgštimi ir susidaro bikarbonato druska. Kadangi žmogaus kraujyje yra daugiau natrio bikarbonato nei anglies rūgšties, ši buferinė talpa turės didelį rūgštingumą. Kitaip tariant, angliavandenilių buferissistema (bikarbonatas) labai gerai kompensuoja medžiagas, didinančias kraujo rūgštingumą. Tai apima pieno rūgštį, kurios koncentracija didėja esant intensyviam fiziniam krūviui, o šis buferis labai greitai reaguoja į rūgščių ir šarmų pusiausvyros pokyčius kraujyje.
Fosfatinio buferio ypatybės
Žmogaus fosfatinio buferio sistema užima beveik du procentus visos buferio talpos, kuri yra susijusi su fosfatų kiekiu kraujyje. Šis mechanizmas palaiko pH šlapime ir skysčiuose, kurie yra ląstelių viduje. Buferis susideda iš neorganinių fosfatų: vienbazių (veikia kaip rūgštis) ir dvibazių (veikia kaip šarmas). Esant normaliam pH, rūgšties ir bazės santykis yra 1:4. Didėjant vandenilio jonų skaičiui, prie jų prisijungia fosfato buferio sistema, sudarydama rūgštį. Šis mechanizmas yra labiau rūgštus nei šarminis, todėl puikiai neutralizuoja rūgštinius metabolitus, tokius kaip pieno rūgštis, patenkančius į žmogaus kraują.
B altymų buferio savybės
Palyginti su kitomis sistemomis, b altymų buferis neatlieka tokio ypatingo vaidmens stabilizuojant rūgščių ir šarmų pusiausvyrą. Tai sudaro apie septynis procentus visos buferio talpos. B altymai yra sudaryti iš molekulių, kurios susijungdamos sudaro rūgščių-šarmų junginius. Rūgščioje aplinkoje jie veikia kaip šarmai, kurie suriša rūgštis, šarminėje aplinkoje viskas vyksta atvirkščiai.
Dėl to susidaro b altymų buferio sistema, kurijis yra gana veiksmingas, kai pH vertė yra nuo 7,2 iki 7,4. Didelę b altymų dalį sudaro albuminai ir globulinai. Kadangi b altymų įkrova yra lygi nuliui, esant normaliam pH, jis yra šarmo ir druskos pavidalu. Ši buferinė talpa priklauso nuo b altymų skaičiaus, jų struktūros ir laisvųjų protonų. Šis buferis gali neutralizuoti tiek rūgštinius, tiek šarminius produktus. Tačiau jo talpa yra labiau rūgštinė nei šarminė.
Eritrocitų ypatybės
Paprastai eritrocitų pH yra pastovus – 7, 25. Čia veikia hidrokarbonatiniai ir fosfatiniai buferiai. Tačiau galia jie skiriasi nuo kraujo. Eritrocituose b altymų buferis atlieka ypatingą vaidmenį aprūpindamas organus ir audinius deguonimi, taip pat pašalindamas iš jų anglies dvideginį. Be to, jis palaiko pastovią pH vertę eritrocitų viduje. B altymų buferis eritrocituose yra glaudžiai susijęs su bikarbonatų sistema, nes čia rūgšties ir druskos santykis yra mažesnis nei kraujyje.
Buferio sistemos pavyzdys
Stiprių rūgščių ir šarmų tirpalų, kurių reakcija yra silpna, pH kinta. Tačiau acto rūgšties ir druskos mišinys išlaiko stabilią vertę. Net jei į juos pridėsite rūgšties ar šarmo, rūgščių-šarmų balansas nepasikeis. Kaip pavyzdį apsvarstykite acetato buferį, kurį sudaro rūgštis CH3COOH ir jos druska CH3COO. Jei pridėsite stiprią rūgštį, tada druskos bazė sujungs H + jonus ir pavirs acto rūgštimi. Druskos anijonų mažinimassubalansuotas padidėjus rūgšties molekulėms. Dėl to rūgšties ir druskos santykis keičiasi nedaug, todėl pH kinta gana nepastebimai.
Buferinių sistemų veikimo mechanizmas
Rūgštingiems ar šarminiams produktams patekus į kraują, buferis palaiko pastovią pH vertę, kol patenkantys produktai pasišalina arba panaudojami medžiagų apykaitos procesuose. Žmogaus kraujyje yra keturi buferiai, kurių kiekvienas susideda iš dviejų dalių: rūgšties ir jos druskos bei stipraus šarmo.
Buferio poveikis atsiranda dėl to, kad jis suriša ir neutralizuoja jonus, kurie yra su jį atitinkančia kompozicija. Kadangi gamtoje organizmas dažniausiai susiduria su nepakankamai oksiduotais medžiagų apykaitos produktais, buferio savybės yra labiau antirūgštinės nei šarminės.
Kiekviena buferio sistema turi savo veikimo principą. Kai pH lygis nukrenta žemiau 7,0, prasideda jų energingas aktyvumas. Jie pradeda surišti laisvųjų vandenilio jonų perteklių, sudarydami kompleksus, kurie judina deguonį. Jis savo ruožtu persikelia į virškinimo sistemą, plaučius, odą, inkstus ir kt. Toks rūgščių ir šarminių produktų gabenimas prisideda prie jų iškrovimo ir pašalinimo.
Žmogaus organizme tik keturios buferinės sistemos atlieka svarbų vaidmenį palaikant rūgščių ir šarmų pusiausvyrą, tačiau yra ir kitų buferių, pavyzdžiui, acetato buferio sistema, kuri turi silpną rūgštį (donorą) ir jos druską (priėmėjas). Šių mechanizmų gebėjimasatsispirti pH pokyčiams, kai rūgštis ar druska patenka į kraują, yra ribotas. Rūgščių ir šarmų pusiausvyrą jie palaiko tik tada, kai tiekiama tam tikru kiekiu stiprios rūgšties ar šarmo. Jei jis bus viršytas, pH labai pasikeis, buferinė sistema nustos veikti.
Buferių efektyvumas
Kraujo ir eritrocitų buferių efektyvumas skiriasi. Pastarajame jis didesnis, nes čia yra hemoglobino buferis. Jonų skaičiaus mažėjimas vyksta kryptimi iš ląstelės į tarpląstelinę aplinką, o vėliau į kraują. Tai rodo, kad kraujas turi didžiausią buferio talpą, o tarpląstelinė aplinka – mažiausia.
Kai ląstelės metabolizuojamos, atsiranda rūgščių, kurios patenka į intersticinį skystį. Tai atsitinka kuo lengviau, tuo daugiau jų atsiranda ląstelėse, nes vandenilio jonų perteklius padidina ląstelės membranos pralaidumą. Jau žinome buferinių sistemų klasifikaciją. Eritrocituose jie pasižymi veiksmingesnėmis savybėmis, nes čia vis dar vaidina kolageno skaidulos, kurios brinkdamos reaguoja į susikaupusią rūgštį, ją sugeria ir iš vandenilio jonų išskiria eritrocitus. Šis gebėjimas yra dėl jo absorbcijos savybės.
Buferių sąveika korpuse
Visi organizme esantys mechanizmai yra tarpusavyje susiję. Kraujo buferiai susideda iš kelių sistemų, kurių indėlis palaikant rūgščių ir šarmų pusiausvyrą yra skirtingas. Kai kraujas patenka į plaučius, jis gauna deguonies.prisijungdamas prie raudonųjų kraujo kūnelių hemoglobino, sudarydamas oksihemoglobiną (rūgštį), kuris palaiko pH lygį. Karboanhidrazės pagalba plaučių kraujas lygiagrečiai valomas nuo anglies dioksido, kuris eritrocituose yra silpnos dvibazės anglies rūgšties ir karbaminohemoglobino, o kraujyje - anglies dioksido ir vandens pavidalu.
Sumažėjus silpnosios dvibazės anglies rūgšties kiekiui eritrocituose, ji iš kraujo prasiskverbia į eritrocitą, kraujas apsivalo nuo anglies dioksido. Taigi iš ląstelių į kraują nuolat patenka silpna dvibazinė anglies rūgštis, o neaktyvūs chlorido anijonai iš kraujo patenka į eritrocitus, kad išlaikytų neutralumą. Dėl to raudonieji kraujo kūneliai yra rūgštesni nei plazma. Visos buferinės sistemos pateisinamos protonų donoro ir akceptoriaus santykiu (4:20), kuris siejamas su žmogaus organizmo metabolizmo ypatumais, kurie sudaro daugiau rūgščių produktų nei šarminių. Čia labai svarbus yra rūgšties buferio talpos rodiklis.
Audiniuose vykstantys mainų procesai
Rūgščių ir šarmų pusiausvyrą palaiko buferiai ir medžiagų apykaitos transformacijos kūno audiniuose. Tam padeda biocheminiai ir fizikiniai-cheminiai procesai. Jie prisideda prie medžiagų apykaitos produktų rūgščių-šarmų savybių praradimo, jų surišimo, naujų junginių, kurie greitai pašalinami iš organizmo, susidarymo. Pavyzdžiui, didelis kiekis pieno rūgšties išsiskiria į glikogeną, organines rūgštis neutralizuoja natrio druskos. Stiprusrūgštys ir šarmai ištirpsta lipiduose, o organinės rūgštys oksiduojasi, sudarydamos anglies rūgštį.
Taigi buferinė sistema yra pirmasis pagalbininkas normalizuojant rūgščių ir šarmų pusiausvyrą žmogaus organizme. pH stabilumas būtinas normaliam biologinių molekulių ir struktūrų, organų ir audinių funkcionavimui. Įprastomis sąlygomis buferiniai procesai palaiko pusiausvyrą tarp vandenilio ir anglies dioksido jonų įvedimo ir pašalinimo, o tai padeda palaikyti pastovų pH lygį kraujyje.
Jei sutrinka buferinių sistemų darbas, tada žmogui išsivysto tokios patologijos kaip alkalozė ar acidozė. Visos buferinės sistemos yra tarpusavyje sujungtos ir siekia palaikyti stabilų rūgščių ir šarmų balansą. Žmogaus kūnas nuolat gamina daug rūgščių produktų, o tai prilygsta trisdešimčiai litrų stiprios rūgšties.
Kūno viduje vykstančių reakcijų pastovumą užtikrina galingi buferiai: fosfatas, b altymai, hemoglobinas ir bikarbonatas. Yra ir kitų buferinių sistemų, tačiau jos yra pagrindinės ir būtiniausios gyvam organizmui. Be jų pagalbos žmogus susirgs įvairiomis patologijomis, kurios gali sukelti komą arba mirtį.
