Что такое буферная система тканей

Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды. Это относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций организма человека и животных называется гомеостазом.

Этот процесс осуществляется преимущественно деятельностью лёгких и почек за счёт дыхательной и выделительной функции. В основе гомеостаза лежит сохранение кислотно-основного баланса. Для нормальной жизнедеятельности большинства клеток необходимы достаточно узкие пределы рН (6,9 – 7,8), и организм вынужден постоянно осуществлять нейтрализацию образующихся кислот. Этот процесс выполняют буферные системы, которые связывают избыток ионов водорода и контролируют их дальнейшие перемещения в организме. Буферные системы играют очень важную роль, т.к. в результате различных метаболических процессов в организме постоянно образуются различные кислоты, которые сразу же нейтрализуются буферными системами: гидрокарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой.

Главной буферной системой организма является гидрокарбонатный буфер, состоящий из Н2СО3 и NaHCО3. При рН около 7,4 в организме преобладает гидрокарбонат-ион, и его концентрация может в 20 раз превышать концентрацию угольной кислоты. По своей природе угольная кислота очень нестойкая и сразу же после образования расщепляется на углекислый газ и воду. Реакции образования и последующего быстрого расщепления угольной кислоты в организме настолько совершенны, что им часто не придают особого значения. Эти реакции катализируется ферментом карбоангидразой, который находится в эритроцитах и в почках. Особенность гидрокарбонатной буферной системы состоит в том, что она открыта. Избыток ионов водорода связывается с гидрокарбонат-ионом, образующийся при этом углекислый газ стимулирует дыхательный центр, вентиляция лёгких повышается, а излишки углекислого газа удаляются при дыхании. Так в организме поддерживается баланс рН. Чем больше в клетках образуется ионов водорода, тем больше расход буфера. На этом этапе метаболизма подключаются почки, которые выводят избыток ионов водорода, и количество гидрокарбоната в организме восстанавливается.

Фосфатный буфер может действовать как в составе органических молекул, так и в качестве свободных ионов. Одна его молекула способна связывать до трёх катионов водорода. Белки могут присоединять к своей полипептидной цепочке как кислотные, так и основные группы.

Буферная ёмкость белковой буферной системы может охватывать широкий диапазон рН. В зависимости от имеющейся величины рН она может связывать как гидроксильные группы, так и ионы водорода. Третья часть буферной ёмкости крови приходится на гемоглобин. Каждая молекула гемоглобина может нейтрализовать несколько ионов водорода. Когда кислород переходит из гемоглобина в ткани, способность гемоглобина связывать ионы водорода возрастает и наоборот: когда в лёгких происходит оксигенация гемоглобина, он теряет присоединённые ионы водорода. Освободившиеся ионы водорода реагируют с гидрокарбонатом, и в результате образуется углекислый газ и вода. Образовавшийся углекислый газ удаляется из лёгких при дыхании.

Буферные свойства гемоглобина обусловлены соотношением восстановленного гемоглобина (ННb) и его калиевой соли (КНb). В слабощелочных растворах, каким является кровь, гемоглобин и оксигемоглобин имеют свойства кислот и являются донорами Н+ или К+. Эта система может функционировать самостоятельно, но в организме она тесно связана с гидрокарбонатной. Когда кровь находится в тканевых капиллярах, откуда поступают кислые продукты, гемоглобин выполняет функции основания: КНb + Н2СО3 ↔ ННb + КНСО3. В легких гемоглобин, напротив, ведет себя, как кислота, предотвращая защелачивание крови после выделения углекислоты.

Таким образом, механизм регуляции кислотно-основного равновесия крови в целостном организме заключается в совместном действии внешнего дыхания, кровообращения, выделения и буферных систем.

Буферные системы крови

Бу́ферные систе́мы кро́ви (от англ. buffer , buff — смягчать удар) — физиологические системы и механизмы, обеспечивающие кислотно-основное равновесие в крови [1] . Они являются «первой линией защиты», препятствующей резким перепадам pH внутренней среды живых организмов.

Циркулирующая кровь представляет собой взвесь живых клеток в жидкой среде, химические свойства которой очень важны для их жизнедеятельности. У человека за норму принят диапазон колебаний pH крови 7,37-7,44 со средней величиной 7,4. Буферные системы крови слагаются из буферных систем плазмы и клеток крови и представлены [1] :

• бикарбона́тная бу́ферная систе́ма;
• фосфа́тная бу́ферная систе́ма;
• белко́вая бу́ферная систе́ма;
• гемоглоби́новая бу́ферная систе́ма.

Читайте также: Ткань мадаполам 80г м2 80см гост 29298 2005

Помимо этих систем также активно участвуют дыхательная и мочевыделительная системы [1] .

Бикарбонатная буферная система

Мощнейшая и, вместе с тем, самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови, на долю которой приходится около 10 % всей буферной ёмкости крови. Представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты H₂CO₃, являющуюся источником протона и бикарбонат-аниона HCO₃ − , выполняющего роль акцептора протона:

Фосфатная буферная система

В крови емкость фосфатной буферной системы невелика (составляет не более 1% общей буферной емкости), в связи с низким содержанием фосфатов в крови. Фосфатный буфер выполняет значительную роль в поддержании физиологических зна­чений рН во внутриклеточных жидкостях и моче.

Буфер образован неорганическими фосфатами. Роль кислоты в этой системе выполняет одноосновный фосфат (NaH2PО4). А роль сопряженного основания — двухосновный фосфат (Na2HPО4).

При рН = 7,4 соотношение [Н2РО4-/ НРО42-] равняется 1:4.

Буферные свойства системы при увеличении в крови содержания водородных ионов реали­зуются за счет их связывания с ионами НРО42- с образованием Н2РО4- (Н+ + НРО42- → Н2РО4-), а при избытке ионов ОН- — за счет связыва­ния их с ионами Н2Р04- (ОН- + Н2РО4- → НРО4-2 + Н2О).

Фосфатная буферная система крови тесно взаимосвязана с бикарбонатной буферной системой.

Белковая буферная система

В сравнении с другими буферными системами имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия.

Белки́ плазмы крови благодаря наличию кислотно-основных групп в молекулах белков (белок—H + — кислота, источник протонов и белок − — сопряжённое основание, акцептор протонов) образуют буферную систему, наиболее эффективную в диапазоне pH 7,2—7,4 [1] .

Гемоглобиновая буферная система

Самая мощная буферная система крови (в 9 раз мощнее бикарбонатной), на долю которой приходится 75 % всей буферной ёмкости крови. [H+]=K*[HHbO2]/[KHb]

Механизм действия гемоглобинового буфера 1. [общий механизм] Hb- + H+ = HHb HHbO2 + OH- = H2O + HbO2- 2. Гемоглобин является белком, он амфотерен

Протеин протеин протеин H2CO3 > HHb

В тканях и лёгких протекают следующие процессы: 1. В тканях: KHb + H2CO3 -> HHb + KHCO3 Происходит вытеснение HHb из его соли. 2. В лёгких: HHb + O2 -> HHbO2карбоангидраза 3. В лёгких: HHbO2 + KHCO3 -> H2CO3 + KHbO2 H2CO3 -> H2O + CO2­ Происходит вытеснение более слабой угольной кислоты из её соли. 4. В тканях: KHbO2 -> KHb + O2

См. также

Примечания

Литература

Использованная литература

• Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф.Биологическая химия: Учебник / Под. ред. акад. АМН СССР С. С. Дебова.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Медицина,— 1990.— 528 с., С. 452—455. ISBN 5-225-01515-8.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Буферные системы крови» в других словарях:

Буферные системы — буферные растворы, буферные смеси, системы, поддерживающие определённую концентрацию ионов водорода Н+, то есть определённую кислотность среды. Кислотность буферных растворов почти не изменяется при их разбавлении или при добавлении к ним … Большая советская энциклопедия

БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА — БУФЕРНЫЕ СВОЙСТВА, способность многих веществ ослаблять изменение активной реакции (см.) раствора, к рое без них произошло бы при прибавлении к раствору кислот или щелочей. Это стабилизирующее влияние на реакцию раствора называется буферным… … Большая медицинская энциклопедия

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ — буферные системы, р ры, поддерживающие постоянный водородный показатель (рН) среды при разбавлении, концентрировании или добавлении к т или щелочей (не превышая нек рого предела). Примеры Б. р.: р р уксусной к ты и её натриевой соли, р р борной к … Большой энциклопедический политехнический словарь

Читайте также: Патогенные возбудители поражающие ткань печени называются слизистую оболочку желудка

Газы крови — газы, содержащиеся в крови животных и человека в растворённом состоянии и в химически связанном виде. Полное исследование Г. к. человека было впервые проведено И. М. Сеченовым (1859). Г. к. состоят из газов, поступающих из окружающей… … Большая советская энциклопедия

Группа крови — У этого термина существуют и другие значения, см. Группа крови (значения). Нашивка над левым нагрудным карманом на форме военнослужащего РФ содержит информацию о группе крови и резус факторе бойца (на снимке во … Википедия

Общий анализ крови — Клетки крови под электронным микроскопом. Клинический анализ крови анализ, позволяющий оценить содержание гемоглобина в системе красной крови, количество эритроцитов, цветовой показатель, количество лейкоцитов, тромбоцитов. Клинический анализ… … Википедия

Плазма крови — (от греч. πλάσμα нечто сформированное, образованное) жидкая часть крови, в которой взвешены форменные элементы вторая часть крови. Процентное содержание плазмы в крови составляет 52 61 %. Макроскопически представляет собой… … Википедия

Компоненты крови — составляющие цельной крови, используемые в медицинских учреждениях. В современной службе крови цельная кровь практически не используется, так как ее переливание плохо соответствует принципам этиотропной терапии, дает слишком большое число… … Википедия

Заболевания крови — большая и разнородная группа заболеваний, сопровождающихся тем или иным нарушением функций или строения тех или иных клеток крови эритроцитов, лейкоцитов или тромбоцитов, или патологическим изменением их числа повышением либо снижением, или… … Википедия

Кислородная емкость крови — Кислородная емкость крови количество кислорода, которое может быть связано кровью при её полном насыщении; выражается в объёмных процентах (об%); зависит от концентрации в крови гемоглобина. Определение Кислородной емкости крови важно для… … Википедия

Буферные растворы в организме человека

Буферные растворы − это растворы, сохраняющие неизменными значения рН при разбавлении или добавлении небольшого количества сильной кислоты или основания.

Протолитические буферные растворы представляют собой смеси электролитов, содержащие одноимённые ионы.

Существует два типа протолитических буферных растворов:

1. Кислотные, состоящие из слабой кислоты и избытка сопряженного с ней основания (соли, образованной сильным основанием и анионом этой кислоты);
2. Основные, состоящие из слабого основания и избытка сопряженной с ним кислоты (т.е. соли, образованной сильной кислотой и катионом этого основания).

Уравнение буферной системы рассчитывается по формуле Гендерсона-Гассельбаха:

С – молярная или эквивалентная концентрация электролита (C = V N)

Механизм действия буферных растворов можно рассмотреть на примере ацетатного буфера: СН₃СООН + СН₃СООNa [1].

Высокая концентрация ацетат-ионов обусловлена полной диссоциацией сильного электролита – ацетата натрия, а уксусная кислота в присутствии одноименного аниона существует в растворе практически в неионизированном виде.

Из уравнения видно, что сильная кислота НС1 заменяется эквивалентным количеством слабой кислоты СН₃СООН. Количество СН₃СООН увеличивается и по закону разбавления В. Оствальда степень диссоциации уменьшается. В результате этого концентрация ионов Н + в буфере увеличивается, но очень незначительно, при этом рН сохраняется постоянным.

При добавлении кислоты к буферу рН определяется по формуле:

В результате этого щелочь заменяется эквивалентным количеством слабоосновной соли CH₃COONa. Количество СН₃СООН убывает и по закону разбавления В. Оствальда степень диссоциации увеличивается за счет потенциальной кислотности оставшихся недиссоциированных молекул СН₃СООН. Следовательно, концентрация ионов Н + практически не изменяется, и рН остаётся постоянным.

При добавлении щелочи рН определяется по формуле:

Таким образом, рН буфера зависит от константы диссоциации и соотношения концентрации компонентов. Чем эти величины больше, тем больше рН буфера. Стоит отметить, что рН буфера будет наибольшим при соотношении компонентов равным единице [2].

Читайте также: Ткани в наличии в мега ткани

Буферная ёмкость − это способность буферной системы противодействовать изменению рН среды.

Буферная ёмкость (В) выражается количеством моль-эквивалентов сильной кислоты или щелочи, которое следует добавить к одному литру буфера, чтобы сместить рН на единицу.

где В – буферная ёмкость, n_Э– количество моль-эквивалента сильной кислоты или щелочи, рН_Н – начальное значение рН ( до добавления кислоты или щелочи), рН_К– конечное значение рН (после добавления кислоты или щелочи), ΔрН – изменение рН.

На практике буферная ёмкость рассчитывается по формуле:

где V – объём кислоты или щелочи, N – эквивалентная концентрация кислоты или щелочи, V_буф.— объём буферного раствора, Δ рН – изменение рН.

Буферная ёмкость зависит от концентрации электролитов и соотношения компонентов буфера. Наибольшей буферной ёмкостью обладают растворы с большей концентрацией компонентов и соотношением компонентов, равным единице [3].

В организме человека действуют следующие буферные системы:

1. Бикарбонатный буфер, представляющий собой основную буферную систему плазмы крови; он является системой быстрого реагирования, так как продукт его взаимодействия с кислотами СО₂– быстро выводится через легкие. Помимо плазмы, эта буферная система содержится в эритроцитах, интерстициальной жидкости, почечной ткани.
2. Гемоглобиновый буфер является главной буферной системой эритроцитов, на долю которой приходится около 75% всей буферной ёмкости крови. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и СО₂. Гемоглобиновая буферная система крови играет значительную роль сразу в нескольких физиологических процессах: дыхании, транспорте кислорода в ткани и в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в конечном итоге – в крови.
3. Фосфатный буфер содержится как в крови, так и в клеточной жидкости других тканей, особенно почек. В клетках он представлен солями К₂НРО₄и КН₂РО₄, а в плазме крови и в межклеточной жидкости Na₂HPO₄и NaH₂PO₄. Функционирует в основном в плазме и включает: дигидрофосфат ион Н₂РО₄ — и гидрофосфат ион НРО₄ 2- .
4. Белковый буфер состоит из белка-кислоты и его соли, образованной сильным основанием [4].

Белок – это амфотерный электролит и поэтому проявляет собственное буферное действие. Взаимодействие буферных систем в организме по стадиям:

который нейтрализуется гидрофофат-ионами и аммиаком (аммиачный буфер):

Следует отметить, что на поддержание постоянства рН различных жидких систем организма оказывают влияние не столько буферные системы, сколько функционирование ряда органов и систем: легких, почек, кишечника, кожи и др. [5].

pH крови человека в среднем составляет 7,4, изменение данного значения даже на одну десятую единицы приводит к тяжелым нарушениям (ацидоза или алкалоза). Когда водородный показатель выходит за пределы диапазона 6,8 — 7,8, это обычно ведет к гибели. Важнейшее буферная система крови — угольная (HCO₃ — / H₂CO₃), вторая по значению — фосфатный (HPO₂ -4 / H₂PO -4 ), также определенную роль в поддержании pH играют белки [6].

1. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии Справ, изд.-6-е изд., перераб. и доп.— М.: Химия, 1989. — 448 с.: ил. — ISBN 5-7245-0000-0

2. Бончев П. Р. Введение в аналитическую химию. Л.: Химия, 1978.-

3. Васильев В.П. Аналитическая химия: В 2 ч. М.: Высш. шк., 2005. Ч. 1. — 320 с.; Ч. 2. — 384 с.

4. Крешков А.Н. «Основы аналитической химии» 1-2 том. М.:Химия, 1965.-285 с.

5. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.:Химия, 1989.- 297 с.

6. Янсон Э. Ю., Путнинь Я. К. Теоретические основы аналитической химии. М.: Высшая школа, 1980.

• Свежие записи
  • Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
  • Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
  • Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
  • Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
  • Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом