Skābju-bāzes līdzsvaram ir milzīga nozīme normālā cilvēka organisma funkcionēšanā. Ķermenī cirkulējošās asinis ir dzīvu šūnu maisījums, kas atrodas šķidrā vidē. Pirmā drošības funkcija, kas kontrolē pH līmeni asinīs, ir bufersistēma. Tas ir fizioloģisks mehānisms, kas nodrošina skābju-bāzes līdzsvara parametru uzturēšanu, novēršot pH kritumu. Kas tas ir un kādas tam ir šķirnes, mēs uzzināsim tālāk.
Apraksts
Bufersistēma ir unikāls mehānisms. Cilvēka organismā ir vairāki no tiem, un tie visi sastāv no plazmas un asins šūnām. Buferi ir bāzes (olb altumvielas un neorganiskie savienojumi), kas saista vai nodod H+ un OH-, iznīcinot pH maiņu trīsdesmit sekunžu laikā. Bufera spēja uzturēt skābju-bāzes līdzsvaru ir atkarīga no elementu skaita, no kuriem tas sastāv.
Asins buferu veidi
Asinis, kas nepārtraukti kustas, ir dzīvas šūnas,kas pastāv šķidrā vidē. Normāls pH ir 7, 37-7, 44. Jonu saistīšanās notiek ar noteiktu buferšķīdumu, bufersistēmu klasifikācija dota zemāk. Tas pats par sevi sastāv no plazmas un asins šūnām un var būt fosfāts, proteīns, bikarbonāts vai hemoglobīns. Visām šīm sistēmām ir diezgan vienkāršs darbības mehānisms. Viņu darbība ir vērsta uz jonu līmeņa regulēšanu asinīs.
Hemoglobīna bufera īpašības
Hemoglobīna bufersistēma ir visspēcīgākā no visām, tā ir sārms audu kapilāros un skābe tādā iekšējā orgānā kā plaušas. Tas veido apmēram septiņdesmit piecus procentus no kopējās bufera jaudas. Šis mehānisms ir iesaistīts daudzos procesos, kas notiek cilvēka asinīs, un tā sastāvā ir globīns. Kad hemoglobīna buferis mainās uz citu formu (oksihemoglobīnu), šī forma mainās, un mainās arī aktīvās vielas skābās īpašības.
Samazināta hemoglobīna kvalitāte ir zemāka nekā ogļskābei, taču tā kļūst daudz labāka, kad tā tiek oksidēta. Iegūstot pH skābumu, hemoglobīns apvieno ūdeņraža jonus, izrādās, ka tas jau ir samazināts. Kad oglekļa dioksīds tiek izvadīts no plaušām, pH kļūst sārmains. Šajā laikā hemoglobīns, kas ir oksidēts, darbojas kā protonu donors, ar kura palīdzību tiek līdzsvarots skābju-bāzes līdzsvars. Tātad buferis, kas sastāv no oksihemoglobīna un tā kālija sāls, veicina oglekļa dioksīda izdalīšanos no organisma.
Šī bufersistēma darbojassvarīga loma elpošanas procesā, jo tā veic transporta funkciju, pārnesot skābekli uz audiem un iekšējiem orgāniem un izvadot no tiem oglekļa dioksīdu. Skābju-bāzes līdzsvars eritrocītos tiek uzturēts nemainīgā līmenī, tāpēc arī asinīs.
Tādējādi, kad asinis ir piesātinātas ar skābekli, hemoglobīns pārvēršas par spēcīgu skābi, un, atsakoties no skābekļa, tas pārvēršas par diezgan vāju organisko skābi. Oksihemoglobīna un hemoglobīna sistēmas ir savstarpēji konvertējamas, tās pastāv kā viena.
Bikarbonāta bufera īpašības
Bikarbonāta bufersistēma ir arī jaudīga, taču tā ir arī visvairāk kontrolēta organismā. Tas veido apmēram desmit procentus no kopējās bufera jaudas. Tam ir daudzpusīgas īpašības, kas nodrošina tā divvirzienu efektivitāti. Šis buferis satur konjugētu skābju-bāzes pāri, kas sastāv no tādām molekulām kā ogļskābe (protonu avots) un anjonu bikarbonāts (protonu akceptors).
Tādējādi bikarbonāta bufersistēma veicina sistemātisku procesu, kurā spēcīga skābe nonāk asinsritē. Šis mehānisms saista skābi ar bikarbonāta anjoniem, veidojot ogļskābi un tās sāli. Kad sārms nonāk asinīs, buferšķīdums saistās ar ogļskābi, veidojot bikarbonāta sāli. Tā kā cilvēka asinīs ir vairāk nātrija bikarbonāta nekā ogļskābes, šai bufera kapacitātei būs augsts skābums. Citiem vārdiem sakot, ogļūdeņraža buferšķīdumssistēma (bikarbonāts) ļoti labi spēj kompensēt vielas, kas palielina asins skābumu. Tajos ietilpst pienskābe, kuras koncentrācija palielinās pie intensīvas fiziskās slodzes, un šis buferis ļoti ātri reaģē uz skābju-bāzes līdzsvara izmaiņām asinīs.
Fosfātu bufera funkcijas
Cilvēka fosfātu bufersistēma aizņem gandrīz divus procentus no kopējās bufera ietilpības, kas ir saistīta ar fosfātu saturu asinīs. Šis mehānisms uztur pH līmeni urīnā un šķidrumā, kas atrodas šūnās. Buferis sastāv no neorganiskiem fosfātiem: vienbāziskiem (darbojas kā skābe) un divbāziskiem (darbojas kā sārmiem). Pie normāla pH skābes un bāzes attiecība ir 1:4. Palielinoties ūdeņraža jonu skaitam, fosfātu bufersistēma saistās ar tiem, veidojot skābi. Šis mehānisms ir vairāk skābs nekā sārmains, tāpēc lieliski neitralizē skābos metabolītus, piemēram, pienskābi, kas nonāk cilvēka asinsritē.
Proteīna bufera funkcijas
Proteīna buferim nav tik īpašas lomas skābju-bāzes līdzsvara stabilizēšanā, salīdzinot ar citām sistēmām. Tas veido apmēram septiņus procentus no kopējās bufera jaudas. Olb altumvielas sastāv no molekulām, kas savienojas, veidojot skābju-bāzes savienojumus. Skābā vidē tie darbojas kā sārmi, kas saista skābes, sārmainā vidē viss notiek otrādi.
Tas noved pie olb altumvielu bufersistēmas veidošanās, kastas ir diezgan efektīvs pie pH vērtības no 7,2 līdz 7,4. Lielu daļu olb altumvielu pārstāv albumīni un globulīni. Tā kā olb altumvielu lādiņš ir nulle, normālā pH līmenī tas ir sārma un sāls veidā. Šī bufera jauda ir atkarīga no proteīnu skaita, to struktūras un brīvajiem protoniem. Šis buferis var neitralizēt gan skābos, gan sārmainos produktus. Bet tā jauda ir vairāk skāba nekā sārmaina.
Eritrocītu īpašības
Parasti eritrocītu pH ir nemainīgs - 7, 25. Šeit iedarbojas hidrokarbonātu un fosfātu buferi. Bet jaudas ziņā tie atšķiras no tiem, kas ir asinīs. Eritrocītos proteīna buferšķīdumam ir īpaša nozīme, nodrošinot orgānus un audus ar skābekli, kā arī izvadot no tiem oglekļa dioksīdu. Turklāt tas uztur nemainīgu pH vērtību eritrocītos. Olb altumvielu buferšķīdums eritrocītos ir cieši saistīts ar bikarbonātu sistēmu, jo skābes un sāls attiecība šeit ir mazāka nekā asinīs.
Bufersistēmas piemērs
Spēcīgu skābju un sārmu šķīdumiem, kuriem ir vāja reakcija, ir mainīgs pH līmenis. Bet etiķskābes maisījums ar tās sāli saglabā stabilu vērtību. Pat pievienojot tiem skābi vai sārmu, skābju-bāzes līdzsvars nemainīsies. Kā piemēru apsveriet acetāta buferšķīdumu, kas sastāv no skābes CH3COOH un tās sāls CH3COO. Ja pievieno stipru skābi, tad sāls bāze saistīs H+ jonus un pārvērtīsies etiķskābē. Sāls anjonu samazināšanalīdzsvarots ar skābes molekulu pieaugumu. Rezultātā skābes un tās sāls attiecība mainās maz, tāpēc pH mainās diezgan nemanāmi.
Bufersistēmu darbības mehānisms
Kad skābi vai sārmaini produkti nonāk asinsritē, buferšķīdums uztur nemainīgu pH vērtību, līdz ienākošie produkti tiek izvadīti vai izmantoti vielmaiņas procesos. Cilvēka asinīs ir četri buferi, no kuriem katrs sastāv no divām daļām: skābes un tās sāls, kā arī stipra sārma.
Bufera efekts ir saistīts ar to, ka tas saista un neitralizē jonus, kas nāk ar tam atbilstošu sastāvu. Tā kā dabā ķermenis visbiežāk saskaras ar nepietiekami oksidētiem vielmaiņas produktiem, bufera īpašības ir vairāk pret skābēm nekā pretsārmainas.
Katrai bufersistēmai ir savs darbības princips. Kad pH līmenis nokrītas zem 7,0, sākas to enerģiska darbība. Tie sāk saistīt liekos brīvos ūdeņraža jonus, veidojot kompleksus, kas pārvieto skābekli. Tas, savukārt, pārvietojas uz gremošanas sistēmu, plaušām, ādu, nierēm utt. Šāda skābu un sārmainu produktu transportēšana veicina to izkraušanu un izvadīšanu.
Cilvēka organismā tikai četrām bufersistēmām ir svarīga loma skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā, bet ir arī citi buferi, piemēram, acetāta bufersistēma, kurā ir vāja skābe (donors) un tās sāls (akceptētājs). Šo mehānismu spējapretoties pH izmaiņām, kad skābe vai sāls nonāk asinīs, ir ierobežota. Tie uztur skābju-bāzes līdzsvaru tikai tad, ja tiek piegādāta spēcīga skābe vai sārms noteiktā daudzumā. Ja tas tiek pārsniegts, pH dramatiski mainīsies, bufersistēma pārtrauks darboties.
Bufera efektivitāte
Asins un eritrocītu buferiem ir atšķirīga efektivitāte. Pēdējā tas ir augstāks, jo šeit ir hemoglobīna buferis. Jonu skaita samazināšanās notiek virzienā no šūnas uz starpšūnu vidi un pēc tam uz asinīm. Tas liek domāt, ka asinīm ir vislielākā bufera kapacitāte, savukārt intracelulārajai videi ir vismazākā.
Kad šūnas tiek metabolizētas, parādās skābes, kas nokļūst intersticiālajā šķidrumā. Tas notiek, jo vieglāk, jo vairāk to parādās šūnās, jo ūdeņraža jonu pārpalikums palielina šūnu membrānas caurlaidību. Mēs jau zinām bufersistēmu klasifikāciju. Eritrocītos tiem ir iedarbīgākas īpašības, jo šeit joprojām ir nozīme kolagēna šķiedrām, kas ar pietūkumu reaģē uz skābes uzkrāšanos, tās absorbē to un atbrīvo eritrocītus no ūdeņraža joniem. Šo spēju nodrošina tā absorbcijas īpašība.
Buferu mijiedarbība korpusā
Visi mehānismi, kas atrodas organismā, ir savstarpēji saistīti. Asins buferi sastāv no vairākām sistēmām, kuru ieguldījums skābju-bāzes līdzsvara uzturēšanā ir atšķirīgs. Kad asinis nonāk plaušās, tās saņem skābekli.sarkanajās asins šūnās saistoties ar hemoglobīnu, veidojot oksihemoglobīnu (skābi), kas uztur pH līmeni. Ar karboanhidrāzes palīdzību notiek paralēla plaušu asiņu attīrīšana no ogļskābās gāzes, kas eritrocītos izpaužas vājas divbāziskas ogļskābes un karbaminohemoglobīna veidā, bet asinīs - oglekļa dioksīda un ūdens veidā.
Samazinoties vājās divvērtīgās ogļskābes daudzumam eritrocītos, tā no asinīm iekļūst eritrocītos, un asinis tiek attīrītas no oglekļa dioksīda. Tādējādi vāja divvērtīgā ogļskābe pastāvīgi nonāk no šūnām asinīs, un neaktīvie hlorīda anjoni no asinīm nonāk eritrocītos, lai saglabātu neitralitāti. Tā rezultātā sarkanās asins šūnas ir skābākas nekā plazma. Visas bufersistēmas attaisno protonu donoru-akceptoru attiecība (4:20), kas saistīta ar cilvēka organisma vielmaiņas īpatnībām, kas veido lielāku skaitu skābo produktu nekā sārmainie. Šeit ļoti svarīgs ir skābes bufera kapacitātes rādītājs.
Apmaiņas procesi audos
Skābju-bāzes līdzsvaru uztur buferi un vielmaiņas transformācijas ķermeņa audos. Tam palīdz bioķīmiskie un fizikāli ķīmiskie procesi. Tie veicina vielmaiņas produktu skābju-bāzes īpašību zudumu, to saistīšanu, jaunu savienojumu veidošanos, kas ātri izdalās no organisma. Piemēram, liels daudzums pienskābes tiek izvadīts glikogēnā, organiskās skābes neitralizē nātrija sāļi. Spēcīgsskābes un sārmi izšķīst lipīdos, un organiskās skābes oksidējas, veidojot ogļskābi.
Tādējādi bufersistēma ir pirmais palīgs skābju-bāzes līdzsvara normalizēšanā cilvēka organismā. PH stabilitāte ir nepieciešama normālai bioloģisko molekulu un struktūru, orgānu un audu funkcionēšanai. Normālos apstākļos buferprocesi uztur līdzsvaru starp ūdeņraža un oglekļa dioksīda jonu ievadīšanu un noņemšanu, kas palīdz uzturēt nemainīgu pH līmeni asinīs.
Ja ir kļūme bufersistēmu darbā, tad cilvēkam attīstās tādas patoloģijas kā alkaloze vai acidoze. Visas bufersistēmas ir savstarpēji savienotas, un to mērķis ir uzturēt stabilu skābju-bāzes līdzsvaru. Cilvēka ķermenis pastāvīgi ražo lielu skaitu skābu produktu, kas ir līdzvērtīgs trīsdesmit litriem stipras skābes.
Reakciju noturību ķermeņa iekšienē nodrošina spēcīgi buferi: fosfāts, olb altumvielas, hemoglobīns un bikarbonāts. Ir arī citas bufersistēmas, bet tās ir galvenās un dzīvam organismam nepieciešamākās. Bez viņu palīdzības cilvēkam attīstīsies dažādas patoloģijas, kas var izraisīt komu vai nāvi.
