Буферными называют растворы, рН которых практически на изменяется от добавления к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи, а также при разведении. Простейший буферный раствор – это смесь слабой кислоты и соли, имеющей с этой кислотой общий анион (например, смесь уксусной кислоты СН3СООН и ацетата натрия СН3СООNa), либо смесь слабого основания и соли, имеющей с этим основанием общий катион (например, смесь гидроксида аммония Nh5OH с хлоридом аммония Nh5Cl).
С точки зрения протонной теории буферное действие растворов обусловлено наличием кислотно-основного равновесия общего типа:
Воснование + Н+ Û ВН+сопряженная кислота
НАкислота Û Н+ + А-сопряженное основание
Сопряженные кислотно-основные пары В /ВН+ и А- /НА называют буферными системами.
Буферные растворы играют большую роль в жизнедеятельности. К числу исключительных свойств живых организмов относится их способность поддерживать постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов – кислотно-основной гомеостаз. Это постоянство обусловлено наличием нескольких буферных систем, входящих в состав этих тканей.
Классификация кислотно-основных буферных систем. Буферные системы могут быть четырех типов:
1. Слабая кислота и ее анион А- /НА:
· ацетатная буферная система СН3СОО-/СН3СООН в растворе СН3СООNa и СН3СООН, область действия рН 3, 8 – 5, 8.
· Водород-карбонатная система НСО3-/Н2СО3 в растворе NaНСО3 и Н2СО3, область её действия – рН 5, 4 – 7, 4.
2. Слабое основание и его катион В/ВН+:
· аммиачная буферная система Nh4/Nh5+ в растворе Nh4 и Nh5Cl,
область ее действия – рН 8, 2 – 10, 2.
3. Анионы кислой и средней соли или двух кислых солей:
· карбонатная буферная система СО32- /НСО3- в растворе Na2CO3 и NaHCO3, область ее действия рН 9, 3 – 11, 3.
· фосфатная буферная система НРО42-/Н2РО4- в растворе Nа2НРО4 и NаН2РО4, область ее действия рН 6, 2 – 8, 2.
Эти солевые буферные системы можно отнести к 1-му типу, т. к. одна из солей этих буферных систем выполняет функцию слабой кислоты. Так, в фосфатной буферной системе анион Н2РО4- является слабой кислотой.
рН = рКа + lg с (соль)
рН = 14 — рКв — lgс (соль)
1. рН буферных растворов зависит от отрицательного действия логарифма константы диссоциации слабой кислоты рКа или основания рКв и от отношения концентраций компонентов КО-пары, но практически не зависит от разбавления раствора водой.
Следует отметить, что постоянство рН хорошо выполняется при малых концентрациях буферных растворов. При концентрациях компонентов выше 0, 1 моль/ л необходимо учитывать коэффициенты активности ионов системы.
2. Значение рКа любой кислоты и рКв любого основания можно вычислить по измеренному рН раствора, если известны молярные концентрации компонентов.
Кроме того, уравнение Гендерсона–Гассельбаха позволяет рассчитать рН буферного раствора, если известны значения рКа и молярные концентрации компонентов.
3. Уравнение Гендерсона–Гассельбаха можно использовать и для того, чтобы узнать, в каком соотношении нужно взят компоненты буферной смеси, чтобы приготовить раствор с заданным значением рН.
Способность буферного раствора сохранять рН по мере прибавления сильной кислоты или приблизительно на постоянном уровне далеко небеспредельна и ограничена величиной так называемой буферной емкости В. За единицу буферной емкости обычно принимают емкость такого буферного раствора, для изменения рН которого на единицу требуется введение сильной кислоты или щелочи в количестве 1 моль эквивалента на 1л раствора. Т. е. это величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении сильных кислот или сильных оснований. В = N
рН2 – рН1
Буферная емкость, как следует из ее определения, зависит от ряда факторов:
1. Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше буферная емкость этого раствора (следствие закона эквивалентов).
2. Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.
При рН = рКа отношение с (соль)/ с (кислота) = 1, т. е. в растворе имеется одинаковое количество соли и кислоты. При таком соотношении концентраций рН раствора изменяется в меньшей степени, чем при других, и, следовательно, буферная емкость максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения. Буферная емкость раствора возрастает по мере увеличения концентрации его компонентов и приближения соотношения [HAn]/ [KtAn] или [KtOH]/ [KtAn] к единице.
Рабочий участок буферной системы, т. е. способность противодействовать изменению рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность приблизительно одну единицу рН с каждой стороны от точки рН = рКа. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0. Интервал рН = рКа ± 1 называется зоной буферного действия.
Общая буферная емкость артериальной крови достигает 25, 3 ммоль/ л; у венозной крови она несколько ниже и обычно не превышает 24, 3 ммоль/ л.
Кислотно-щелочное равновесие и главные буферные системы в организме человека
Организм человека располагает тонкими механизмами координации происходящих в не физиологических и биохимических процессов и поддержания постоянства внутренней среды (оптимальных значений рН и уровней содержания различных веществ в жидкостях организма, температуры, кровяного давления и т. д.). Эта координация названа, по предложению В. Кеннона (1929), гомеостазисом (от греч. «гомео» – подобный; «стазис» – постоянство, состояние). Она осуществляется путем гуморальной регуляции (от лат. «гумор» – жидкость), т. е. через кров, тканевую жидкость, лимфу и т. д. с помощью биологически активных веществ (ферментов, гормонов и др.) при участии нервных регулирующих механизмов. Гуморальные и нервные компоненты тесно взаимосвязаны между собой, образуя единый комплекс нейро-гуморальной регуляции. Примером гомеостазиса является стремление организма к сохранению постоянства температуры, энтропии, энергии Гиббса, содержания в крови и межтканевых жидкостях различных катионов, анионов, растворенных газов и др., величины осмотического давления и стремление поддерживать для каждой из его жидкостей определенную оптимальную концентрацию ионов водорода. Сохранение постоянства кислотности жидких сред имеет для жизнедеятельности человеческого организма первостепенное значение, потому что, во-первых, ионы Н+ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения; во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определенном интервале значений рН; в-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов водорода в крови и межтканевых жидкостях ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях.
Нередко отклонения рН крови от нормального для нее значения 7,36 всего лишь на несколько сотых приводят к неприятным последствиям. При отклонениях порядка 0,3 единицы в ту или другую сторону может наступит тяжелое коматозное состояние, а отклонения порядка 0,4 единицы могут повлечь даже смертельный исход. Впрочем, в некоторых случаях, при ослабленном иммунитете, для этого оказывается достаточными и отклонения порядка 0,1 единицы рН.
Особенно большое значение буферных систем имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организма. Внутриклеточные и внеклеточные жидкости всех живых организмов, как правило, характеризуются постоянным значением рН, которое поддерживается с помощью различных буферных систем. Значение рН большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервале от 6,8 до 7,8.
Кислотно-основное равновесие в крови человека обеспечивается водородкарбонатной, фосфатной и белковой буферными системами.
Нормальное значение рН плазмы крови составляет 7,40 ± 0,05. Этому соответствует интервал значений активной кислотности а (Н+) от 3,7 до 4,0 ´ 10-8 моль/л. Так как в крови присутствуют различные электролиты — НСО3-, Н2СО3, НРО42-, Н2РО4-, белки, аминокислоты, это означает, что они диссоциируют в такой степени, чтобы активность а (Н+) находилась в указанном интервале.
В замкнутых помещениях часто испытывают удушье – нехватку кислорода, учащение дыхания. Однако удушье связано не столько с недостатком кислорода, сколько с избытком СО2. Избыток СО2 в атмосфере приводит к дополнительному растворению СО2 в крови (согласно закону Генри), а это приводит к понижению рН крови, т. е. к ацидозу (уменьшение резервной щелочности).
Фосфатная буферная емкость играет в клетках крови гораздо более важную роль, чем в плазме крови. Прежде всего, это связано с большим содержанием в эритроцитах неорганических фосфатов. Кроме того, большое значение в поддерживании постоянства рН имеют эфиры фосфорных кислот, главным образом фосфолипиды, составляющие основу мембран эритроцитов.
www.ronl.ru
Один из главных параметров гомеостаза человеческого организма, нормы колебания которого лежат в очень малых пределах - это рН крови. Буферные системы крови моментально реагируют на изменения этого показателя, возвращая его к норме. Это взаимодействие дает возможность поддерживать динамическое равновесие организма наравне с такими системами регуляции, как, например, терморегуляция.
Рассмотрим подробнее буферные системы крови и механизм их действия.
Такой общеизвестный показатель жидких сред, как рН, называемый также кислотно-щелочным балансом, является главным регулирующим кровь параметром. Кровь, как и любая жидкость, содержит свободные водородные ионы:
Вода является примером нейтральной реакции с рН равным 7,0.
Плазма здоровой человеческой крови дает слабощелочную реакцию в среднем с рН 7,4. Организм реагирует на малейшие колебания рН, которые в норме должны быть в пределах от 7,35 до 7,45. Такие узкие пределы говорят о том, насколько жизненно важен этот кровяной датчик. Разрыв в показателях нормы связан лишь с тем, что венозная и артериальная кровь имеют разный pH. Показатели снижаются в венозной крови, которая насыщена продуктами клеточного обмена, имеющими кислую реакцию. Поэтому венозная кровь имеет низкий водородный показатель в сравнении с артериальной.
Наряду с вышесказанным стоит отметить, что именно водородный показатель крови - один из наиболее стабильных в организме человека. Смещение рН в меньшую сторону (кислотную) приводит к ацидозу, в большую (щелочную) – к алкалозу. Это очень опасные для жизни состояния, поскольку, согласно данным исследований, критический для поддержания жизнедеятельности сдвиг рН составляет всего 0,4.
Вся суть в том, что ферменты организма чувствительны к рН и проявляют активность только в определенной среде. Поэтому кровь поддерживает оптимальные уровни водородного баланса во всех тканях, обеспечивая правильный уровень метаболизма. Разлад кислотно-щелочного равновесия крови выводит из равновесия все системы организма.
В других системах организма может быть совершенно другая норма водородного показателя.
Организм — это одна большая система, составляющие которой взаимодействуют между собой. Поэтому рН крови на определенном уровне поддерживают не только буферные системы крови, но и многие другие процессы организма. Логично, что даже потребление белковой или растительной пищи по-разному влияет на кровяной кислотно-щелочной баланс. Так, большинство растительных пищевых продуктов имеет защелачивающие свойства, а мясо - окисляющие.
Главными «специалистами», регулирующими уровень водородного баланса, являются так называемые буферные системы крови, биохимия которых особым образом влияет на уровень рН. Среди них можно выделить две основные группы – белки и неорганические составы. Многие из них работают подобно весам, уравновешивая кислотно-щелочной баланс крови благодаря уникальным химическим соединениям и двояким свойствам белковых молекул. Последние способны менять свое поведение в зависимости от pH среды.
Основные буферные системы крови:
Сам принцип работы буферных систем очень прост, его суть заключается в том, чтобы регулировать количество свободных ионов, связывая их благодаря определенному буферу. Буферные системы плазмы крови – это белки, которые играют главную роль, и неорганические соединения.
Если рН крови падает до 7,0 (при норме в 7,4), то буферные системы крови начинают активную работу. Связывая излишек свободных ионов водорода, образуя буферные комплексы, они перемещаются по кровеносной системе и производят выгрузку в легких, почках, коже, пищеварительных органах и т.д. Этот буферный экспресс производит разгрузку и выведение избытка кислых и щелочных продуктов.
Наиболее сильное действие имеет гемоглобиновая система, которая в капиллярах тканей выполняет роль щелочи, а в легких, отдав углекислый газ, роль кислоты. Гемоглобиновая буферная система крови состоит из свободного, восстановленного и окисленного гемоглобина, а также карбоксигемоглобина. Этот буфер берет на себя львиную долю всех буферных процессов в крови.
Суть действия гемоглобина как буфера заключается в его глобиновой составляющей. Она изменяет свои свойства при переходе из одной формы гемоглобина в другую, при этом меняя свои кислотные свойства. Восстановленный гемоглобин слабее, чем угольная кислота, тогда как окисленный – сильнее. Когда рН крови становится кислым, то свободный гемоглобин связывает Н-ионы, образуя восстановленный гемоглобин.
Когда в легких кровь фильтруется от углекислого газа, рН крови снова становится щелочным, а окисленный гемоглобин становится протонным донором, стабилизируя кислотно-щелочной баланс от смещения к ощелачиванию.
Белковая система работает благодаря особым свойствам плазменных белков – амфотерности. Кислая среда заставляет белок вести себя как щелочь, а щелочная – как кислота.
Бикарбонатная буферная система крови имеет химическое свойство, которое делает ее двусторонне эффективной. Состоит она из детерминированного соотношения молекул угольной кислоты и бикарбонат-аниона. Система включается в регуляторный процесс только тогда, когда в кровь поступила кислота более сильная, нежели угольная. Тогда эта кислота завязывается с бикарбонат-анионами, преобразуясь в соль и угольную кислоту. При поступлении в кровь щелочи происходит связывание с угольной кислотой, образуется бикарбонатная соль.
Фосфатная буферная система являет собой комбинацию дигидрофосфата натрия и гидрофосфата натрия. Дигидрофосфат проявляет свойства слабой кислоты, а гидрофосфат - щелочи. Система работает подобно бикарбонатной.
В легких, как известно, происходит отдача углекислого газа, что самым прямым образом влияет на pH крови в сторону ощелачивания. Кроме того, увеличенное давление кислорода и низкое давление углекислого газа выталкивает эти водородные ионы из крови в воздух, который выдыхается. Свободные буферные системы вернутся в кровоток.
Посредством учащения дыхания этот процесс может проходить намного быстрее. Чтобы отрегулировать кровяной рН в легких, нужно всего около 2-3 минут. Если сравнить с процессами регуляции этого показателя в почках, то это практически молниеносно, ведь почкам потребуются многие часы.
Кроме легких, буферы плазмы могут разгружаться в почках за счет очень кислой реакции рН, что равна 4,5. В моче концентрация Н-ионов в 800 раз больше, чем в крови. Теперь можно только представить, как активно должен функционировать эпителий почечных канальцев, чтобы перегонять эти водородные ионы из загруженных плазменных буферов в мочу. Одновременно происходит противоположный процесс возврата ОН-ионов из мочи в кровь путем обратного всасывания.
Кроме легочного и почечного механизма, равновесие баланса рН поддерживают потовые железы, которые утилизируют кислые вещества. Кишечник с его щелочной средой также принимает активное участие в этой саморегуляции, связывая свободные кислые водородные ионы.
Есть масса других способов регуляции этого равновесия (например, при физической нагрузке). Во время тренировки или физического труда вырабатывается огромное количество молочной кислоты. Но кровь при этом не становится критически кислой, поскольку мышечные артериолы моментально реагируют расширением. Приток крови становится больше, а вместе с этим увеличивается концентрация буферных систем, готовых к связыванию лишних кислот. Таким же образом этот механизм работает в любых других органах.
Все описанные элементы – это простейшие уровни саморегуляторной деятельности организма. Можно сказать, что это низшие уровни, предназначенные к регуляции рН в дежурном режиме. А что если эти звенья саморегуляции не справляются и уровень рН начинает доходить до критических значений - 0,7-7,8? Тогда наступает время включения других элементов, более высокого уровня.
При опасных для жизни показателях, которые получает отдел головного мозга, отвечающий за дыхание, включаются «пожарные меры». Дыхание становится частым и глубоким, усиливая сброс излишка углекислого газа и свободных водородных ионов. Потовые железы и железы внутренней секреции значительно усиливают свою работу. В итоге скорость обменных процессов в организме возрастает.
Кроме того, существуют особые гормоны, которые выбрасываются в кровь, являясь сильными катализаторами, усиливающими работу ферментов. Почечные канальцы начинают активнее обмениваться ионами водорода с плазмой. Одним словом, весь организм переходит в состояние работы в режиме аврала, что в итоге приводит все системы в равновесие.
Организм - уникальная саморегулирующаяся система, способная возвращать себя в состояние нормы огромным разнообразием способов. Нужно понимать, что сами буферные системы крови, функции, которые они несут, и процессы поддержания рН чрезвычайно важны. Как и любые другие, они могут постоянно работать в "пожарном" режиме. Поэтому человек обязан правильно и разнообразно питаться. Существуют специальные таблицы с показателями влияния разных групп продуктов на кислотно-щелочной баланс.
Не стоит увлекаться новыми идеями о защелачивании крови путем употребления только определенных продуктов. Главное - сбалансированность в питании, умеренные физические нагрузки и большое потребление чистой воды. Это поможет буферным системам организма работать более эффективно и слаженно, а крови - быть здоровой.
www.syl.ru
Буферными называют растворы, рН которых практически на изменяется от добавления к ним небольших количеств сильной кислоты или щелочи, а также при разведении. Простейший буферный раствор – это смесь слабой кислоты и соли, имеющей с этой кислотой общий анион (например, смесь уксусной кислоты СН3СООН и ацетата натрия СН3СООNa), либо смесь слабого основания и соли, имеющей с этим основанием общий катион (например, смесь гидроксида аммония Nh5OH с хлоридом аммония Nh5Cl).
С точки зрения протонной теории буферное действие растворов обусловлено наличием кислотно-основного равновесия общего типа:
Воснование + Н+ Û ВН+сопряженная кислота
НАкислота Û Н+ + А-сопряженное основание
Сопряженные кислотно-основные пары В /ВН+ и А- /НА называют буферными системами.
Буферные растворы играют большую роль в жизнедеятельности. К числу исключительных свойств живых организмов относится их способность поддерживать постоянство рН биологических жидкостей, тканей и органов – кислотно-основной гомеостаз. Это постоянство обусловлено наличием нескольких буферных систем, входящих в состав этих тканей.
Классификация кислотно-основных буферных систем. Буферные системы могут быть четырех типов:
1. Слабая кислота и ее анион А- /НА:
· ацетатная буферная система СН3СОО-/СН3СООН в растворе СН3СООNa и СН3СООН, область действия рН 3, 8 – 5, 8.
· Водород-карбонатная система НСО3-/Н2СО3 в растворе NaНСО3 и Н2СО3, область её действия – рН 5, 4 – 7, 4.
2. Слабое основание и его катион В/ВН+:
· аммиачная буферная система Nh4/Nh5+ в растворе Nh4 и Nh5Cl,
область ее действия – рН 8, 2 – 10, 2.
3. Анионы кислой и средней соли или двух кислых солей:
· карбонатная буферная система СО32- /НСО3- в растворе Na2CO3 и NaHCO3, область ее действия рН 9, 3 – 11, 3.
· фосфатная буферная система НРО42-/Н2РО4- в растворе Nа2НРО4 и NаН2РО4, область ее действия рН 6, 2 – 8, 2.
Эти солевые буферные системы можно отнести к 1-му типу, т. к. одна из солей этих буферных систем выполняет функцию слабой кислоты. Так, в фосфатной буферной системе анион Н2РО4- является слабой кислотой.
рН = рКа + lg с (соль)
рН = 14 — рКв — lgс (соль)
1. рН буферных растворов зависит от отрицательного действия логарифма константы диссоциации слабой кислоты рКа или основания рКв и от отношения концентраций компонентов КО-пары, но практически не зависит от разбавления раствора водой.
Следует отметить, что постоянство рН хорошо выполняется при малых концентрациях буферных растворов. При концентрациях компонентов выше 0, 1 моль/ л необходимо учитывать коэффициенты активности ионов системы.
2. Значение рКа любой кислоты и рКв любого основания можно вычислить по измеренному рН раствора, если известны молярные концентрации компонентов.
Кроме того, уравнение Гендерсона–Гассельбаха позволяет рассчитать рН буферного раствора, если известны значения рКа и молярные концентрации компонентов.
3. Уравнение Гендерсона–Гассельбаха можно использовать и для того, чтобы узнать, в каком соотношении нужно взят компоненты буферной смеси, чтобы приготовить раствор с заданным значением рН.
Способность буферного раствора сохранять рН по мере прибавления сильной кислоты или приблизительно на постоянном уровне далеко небеспредельна и ограничена величиной так называемой буферной емкости В. За единицу буферной емкости обычно принимают емкость такого буферного раствора, для изменения рН которого на единицу требуется введение сильной кислоты или щелочи в количестве 1 моль эквивалента на 1л раствора. Т. е. это величина, характеризующая способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении сильных кислот или сильных оснований. В = N
рН2 – рН1
Буферная емкость, как следует из ее определения, зависит от ряда факторов:
1. Чем больше количества компонентов кислотно-основной пары основание/ сопряженная кислота в растворе, тем выше буферная емкость этого раствора (следствие закона эквивалентов).
2. Буферная емкость зависит от соотношения концентраций компонентов буферного раствора, а следовательно, и от рН буферного раствора.
При рН = рКа отношение с (соль)/ с (кислота) = 1, т. е. в растворе имеется одинаковое количество соли и кислоты. При таком соотношении концентраций рН раствора изменяется в меньшей степени, чем при других, и, следовательно, буферная емкость максимальна при равных концентрациях компонентов буферной системы и уменьшается с отклонением от этого соотношения. Буферная емкость раствора возрастает по мере увеличения концентрации его компонентов и приближения соотношения [HAn]/ [KtAn] или [KtOH]/ [KtAn] к единице.
Рабочий участок буферной системы, т. е. способность противодействовать изменению рН при добавлении кислот и щелочей, имеет протяженность приблизительно одну единицу рН с каждой стороны от точки рН = рКа. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0. Интервал рН = рКа ± 1 называется зоной буферного действия.
Общая буферная емкость артериальной крови достигает 25, 3 ммоль/ л; у венозной крови она несколько ниже и обычно не превышает 24, 3 ммоль/ л.
Кислотно-щелочное равновесие и главные буферные системы в организме человека
Организм человека располагает тонкими механизмами координации происходящих в не физиологических и биохимических процессов и поддержания постоянства внутренней среды (оптимальных значений рН и уровней содержания различных веществ в жидкостях организма, температуры, кровяного давления и т. д.). Эта координация названа, по предложению В. Кеннона (1929), гомеостазисом (от греч. «гомео» – подобный; «стазис» – постоянство, состояние). Она осуществляется путем гуморальной регуляции (от лат. «гумор» – жидкость), т. е. через кров, тканевую жидкость, лимфу и т. д. с помощью биологически активных веществ (ферментов, гормонов и др.) при участии нервных регулирующих механизмов. Гуморальные и нервные компоненты тесно взаимосвязаны между собой, образуя единый комплекс нейро-гуморальной регуляции. Примером гомеостазиса является стремление организма к сохранению постоянства температуры, энтропии, энергии Гиббса, содержания в крови и межтканевых жидкостях различных катионов, анионов, растворенных газов и др., величины осмотического давления и стремление поддерживать для каждой из его жидкостей определенную оптимальную концентрацию ионов водорода. Сохранение постоянства кислотности жидких сред имеет для жизнедеятельности человеческого организма первостепенное значение, потому что, во-первых, ионы Н+ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения; во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определенном интервале значений рН; в-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов водорода в крови и межтканевых жидкостях ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях.
Нередко отклонения рН крови от нормального для нее значения 7,36 всего лишь на несколько сотых приводят к неприятным последствиям. При отклонениях порядка 0,3 единицы в ту или другую сторону может наступит тяжелое коматозное состояние, а отклонения порядка 0,4 единицы могут повлечь даже смертельный исход. Впрочем, в некоторых случаях, при ослабленном иммунитете, для этого оказывается достаточными и отклонения порядка 0,1 единицы рН.
Особенно большое значение буферных систем имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организма. Внутриклеточные и внеклеточные жидкости всех живых организмов, как правило, характеризуются постоянным значением рН, которое поддерживается с помощью различных буферных систем. Значение рН большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервале от 6,8 до 7,8.
Кислотно-основное равновесие в крови человека обеспечивается водородкарбонатной, фосфатной и белковой буферными системами.
Нормальное значение рН плазмы крови составляет 7,40 ± 0,05. Этому соответствует интервал значений активной кислотности а (Н+) от 3,7 до 4,0 ´ 10-8 моль/л. Так как в крови присутствуют различные электролиты — НСО3-, Н2СО3, НРО42-, Н2РО4-, белки, аминокислоты, это означает, что они диссоциируют в такой степени, чтобы активность а (Н+) находилась в указанном интервале.
В замкнутых помещениях часто испытывают удушье – нехватку кислорода, учащение дыхания. Однако удушье связано не столько с недостатком кислорода, сколько с избытком СО2. Избыток СО2 в атмосфере приводит к дополнительному растворению СО2 в крови (согласно закону Генри), а это приводит к понижению рН крови, т. е. к ацидозу (уменьшение резервной щелочности).
Фосфатная буферная емкость играет в клетках крови гораздо более важную роль, чем в плазме крови. Прежде всего, это связано с большим содержанием в эритроцитах неорганических фосфатов. Кроме того, большое значение в поддерживании постоянства рН имеют эфиры фосфорных кислот, главным образом фосфолипиды, составляющие основу мембран эритроцитов.
www.ronl.ru
Введение
Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов – от морфологически самых простых до наиболее сложных – 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 (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.) 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.
1. Образование кислот в организме
При метаболизме в клетках образуются различные кислоты. Большинство из них затем выделяется клетками в виде углекислого газа, который при помощи фермента карбоангидразы связывается в эритроцитах с гемоглобином и переносится в лёгкие. В лёгких углекислый газ замещается кислородом и удаляется при дыхании в окружающую среду. В обычных условиях в организме существует постоянный баланс между образующимся и выдыхаемым углекислым газом, и поэтому накопления кислот в тканях не происходит.
В результате метаболизма белков образуются нелетучие кислоты, такие как серная и фосфорная. Ежедневно при нормальном питании только за счёт продукции нелетучих кислот производится около одного ммоль/л ионов водорода на каждый килограмм массы тела. Если бы образование кислот происходило бесконтрольно, то за одни сутки концентрация ионов водорода в организме могла бы увеличиться от нормальной величины в 40 нмоль/л до 2 ммоль/л, а показатель рН соответственно снизился бы до 2.7. 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. Регенерация буферных систем происходит в почках, освободившиеся ионы водорода экскретируются с мочой. Когда функция почек не нарушена, организму легко удаётся поддерживать оптимальную для себя рН — 7.4.
2. Буферные системы организма
Основная функция буферных систем предотвращение значительных сдвигов рН путём взаимодействия буфера как с кислотой, так и с основанием. Действие буферных систем в организме направлено преимущественно на нейтрализацию образующихся кислот.
Н+ + буфер- <==> Н-буфер
В организме одновременно существует несколько различных буферных систем. В функциональном плане их можно разделить на бикарбонатную и небикарбонатную. Небикарбонатная буферная система включает гемоглобин, различные белки и фосфаты. Она наиболее активно действует в крови и внутри клеток.
Рис.1. Ион бикарбоната.
Бикарбонат является ключевым компонентом главной буферной системы организма. Она состоит из двух кислотно-основных частей, находящихся в динамическом равновесии: угольная кислота / бикарбонатный ион и бикарбонатный ион / карбонатный ион.
Кислоты, образующиеся в процессе метаболизма, нейтрализуются бикарбонатом. При рН около 7.4 в организме преобладает бикарбонатный ион, и его концентрация может в 20 раз превышать концентрацию угольной кислоты. По своей природе угольная кислота очень нестойкая и сразу же после своего 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. В зависимости от условий, обе реакции могут идти в том или ином направлении.
Если в закрытой системе появляется избыток углекислого газа, то равновесие этих реакций смещается влево, что приводит к незначительному снижению рН. Особенность бикарбонатной буферной системы состоит в том, что она открыта. Избыток ионов водорода связывается с бикарбонатом, 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 бикарбонатного буфера. На этом этапе метаболизма подключаются почки, которые выводят избыток ионов водорода, и количество бикарбоната в организме восстанавливается.
Рис. 2. Буферные системы организма.
Небикарбонатные буферные системы активно функционируют в крови и внутри клеток. 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 бикарбонатом, и в результате образуется углекислый газ и вода. Образовавшийся углекислый газ удаляется из лёгких при дыхании. Приведённый пример иллюстрирует процесс восстановления небикарбонатных буферных систем с помощью бикарбонатной буферной системы.
Этот процесс можно рассматривать как цепь реакций, в результате которых ион водорода перемещается между различными буферными системами, в конечном итоге достигая бикарбонатного буфера.
3. Роль почек
Как описано выше, образовавшиеся в результате метаболизма кислоты сразу же попадают под контроль различных буферных систем. Это препятствует резким сдвигам рН внутренней среды организма. Образующийся углекислый газ выделяется через лёгкие при дыхании, а нелетучие кислоты могут экскретироваться только почками.
Поддержание буферной ёмкости организма и восстановление различных буферных систем происходит за счёт восстановления уровня сывороточного бикарбоната. Этот процесс осуществляется в почках.
На первом этапе образования мочи (клубочковая фильтрация) образуется ультрафильтрат плазмы, представляющий собой первичную мочу, по составу аналогичную плазме. В первичной моче содержится значительное количество бикарбоната, который организму необходимо сохранить. Поэтому, когда уровень бикарбоната в плазме падает ниже физиологических показателей, в проксимальных канальцах почек при участии фермента карбоангидразы начинается процесс реабсорбции профильтрованных в клубочках бикарбонатных ионов.
Рис.3. Процесс сохранения ионов бикарбоната в почках.
Но одного сохранения бикарбоната недостаточно, так как большое его количество расходуется на восстановление других буферов организма и теряется при дыхании в виде углекислого газа. Количество бикарбоната в организме необходимо постоянно восполнять. Этот процесс осуществляется в дистальных канальцах при участии карбоангидразы. При этом в мочу секретируются ионы водорода, которые связываются с фосфатами или аммонием в канальцевом фильтрате, а бикарбонатные ионы возвращаются в кровь. Происходит секреция нелетучих кислот и восстановление бикарбоната.
В результате процессов, описанных выше, предотвращаются потери бикарбоната с мочой, и образуется дополнительное количество ионов бикарбоната, которое соответствует эндогенной продукции катионов водорода. При нормальных условиях происходит восстановление физиологического уровня бикарбоната в крови (24 — 27 ммоль/л).
4. Почечная недостаточность
Ухудшение функции почек ведёт к снижению секреции ионов водорода и реабсорбции бикарбоната, в организме происходит накопление кислот, а уровень бикарбоната плазмы падает ниже физиологической нормы. В начальной стадии почечной недостаточности за счёт гипервентиляции некоторое время может поддерживаться физиологический уровень рН плазмы, хотя затем всё равно развивается метаболический ацидоз. Для снижения кислотной нагрузки и улучшения самочувствия больных на этой стадии почечной недостаточности назначается диета с ограничением белка и таблетированный бикарбонат.
По мере прогрессирования почечной недостаточности в метаболизм вовлекаются все имеющиеся буферные запасы организма, включая карбонат, содержащийся в костях. В дальнейшем, когда симптомы становятся опасными для жизни, наступает необходимость в лечении диализом.
Несмотря на усилия врачей, большинство диализных больных постоянно находится в состоянии метаболического ацидоза. Это объясняется тем, что за время гемодиализау них не происходит адекватной коррекции кислотно-основного состояния.
Заключение
В результате различных метаболических процессов в нашем организме постоянно образуются различные кислоты. Они сразу же нейтрализуются буферными системами, среди которых наиболее важной является бикарбонатная. Для поддержания постоянного уровня рН внутренней среды организма расходуется бикарбонат, что требует его постоянной регенерации. В норме этот процесс происходит в почках. У больных с почечной недостаточностью функцию почек замещает диализ, а буферная ёмкость крови восстанавливается посредством включения в состав диализирующего раствора различных буферных источников, наиболее физиологичным из которых является бикарбонат. Из-за недостаточной коррещии кислотно-основного состояния во время сеанса гемодиализа многие диализные больные постоянно находятся под воздействием метаболического ацидоза.
Список литературы
Бикарбонаты сыворотки или плазмы /Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл // Биохимия человека: в 2-х томах. Т.2. Пер. с англ.: — М.: Мир, 1993.
Буферные системы крови и кислотно-основное равновесие /Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин// Биологическая химия: Учебник /Под ред.акад. РАМН С.С. Дебова. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Медицина, 1990.
Ацетатный и бикарбонатный диализ Ледебо И. (перевод с англ. С. Лашутина, И. Дьяченко) М.:1999.
www.ronl.ru
Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов – от морфологически самых простых до наиболее сложных – 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 (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.) 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.
1. Образование кислот в организме При метаболизме в клетках образуются различные кислоты. Большинство из них затем выделяется клетками в виде углекислого газа, который при помощи фермента карбоангидразы связывается в эритроцитах с гемоглобином и переносится в лёгкие. В лёгких углекислый газ замещается кислородом и удаляется при дыхании в окружающую среду. В обычных условиях в организме существует постоянный баланс между образующимся и выдыхаемым углекислым газом, и поэтому накопления кислот в тканях не происходит. В результате метаболизма белков образуются нелетучие кислоты, такие как серная и фосфорная. Ежедневно при нормальном питании только за счёт продукции нелетучих кислот производится около одного ммоль/л ионов водорода на каждый килограмм массы тела. Если бы образование кислот происходило бесконтрольно, то за одни сутки концентрация ионов водорода в организме могла бы увеличиться от нормальной величины в 40 нмоль/л до 2 ммоль/л, а показатель рН соответственно снизился бы до 2.7. 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. Регенерация буферных систем происходит в почках, освободившиеся ионы водорода экскретируются с мочой. Когда функция почек не нарушена, организму легко удаётся поддерживать оптимальную для себя рН - 7.4.
2. Буферные системы организма Основная функция буферных систем предотвращение значительных сдвигов рН путём взаимодействия буфера как с кислотой, так и с основанием. Действие буферных систем в организме направлено преимущественно на нейтрализацию образующихся кислот. Н+ + буфер- Н-буфер В организме одновременно существует несколько различных буферных систем. В функциональном плане их можно разделить на бикарбонатную и небикарбонатную. Небикарбонатная буферная система включает гемоглобин, различные белки и фосфаты. Она наиболее активно действует в крови и внутри клеток.
Рис.1. Ион бикарбоната. Бикарбонат является ключевым компонентом главной буферной системы организма. Она состоит из двух кислотно-основных частей, находящихся в динамическом равновесии: угольная кислота / бикарбонатный ион и бикарбонатный ион / карбонатный ион.
Кислоты, образующиеся в процессе метаболизма, нейтрализуются бикарбонатом. При рН около 7.4 в организме преобладает бикарбонатный ион, и его концентрация может в 20 раз превышать концентрацию угольной кислоты. По своей природе угольная кислота очень нестойкая и сразу же после своего 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. В зависимости от условий, обе реакции могут идти в том или ином направлении.
Если в закрытой системе появляется избыток углекислого газа, то равновесие этих реакций смещается влево, что приводит к незначительному снижению рН. Особенность бикарбонатной буферной системы состоит в том, что она открыта. Избыток ионов водорода связывается с бикарбонатом, 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 бикарбонатного буфера. На этом этапе метаболизма подключаются почки, которые выводят избыток ионов водорода, и количество бикарбоната в организме восстанавливается.
Рис. 2. Буферные системы организма. Небикарбонатные буферные системы активно функционируют в крови и внутри клеток. 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 бикарбонатом, и в результате образуется углекислый газ и вода. Образовавшийся углекислый газ удаляется из лёгких при дыхании. Приведённый пример иллюстрирует процесс восстановления небикарбонатных буферных систем с помощью бикарбонатной буферной системы.
Этот процесс можно рассматривать как цепь реакций, в результате которых ион водорода перемещается между различными буферными системами, в конечном итоге достигая бикарбонатного буфера.
3. Роль почек Как описано выше, образовавшиеся в результате метаболизма кислоты сразу же попадают под контроль различных буферных систем. Это препятствует резким сдвигам рН внутренней среды организма. Образующийся углекислый газ выделяется через лёгкие при дыхании, а нелетучие кислоты могут экскретироваться только почками. Поддержание буферной ёмкости организма и восстановление различных буферных систем происходит за счёт восстановления уровня сывороточного бикарбоната. Этот процесс осуществляется в почках. На первом этапе образования мочи (клубочковая фильтрация) образуется ультрафильтрат плазмы, представляющий собой первичную мочу, по составу аналогичную плазме. В первичной моче содержится значительное количество бикарбоната, который организму необходимо сохранить. Поэтому, когда уровень бикарбоната в плазме падает ниже физиологических показателей, в проксимальных канальцах почек при участии фермента карбоангидразы начинается процесс реабсорбции профильтрованных в клубочках бикарбонатных ионов.
Рис.3. Процесс сохранения ионов бикарбоната в почках. Но одного сохранения бикарбоната недостаточно, так как большое его количество расходуется на восстановление других буферов организма и теряется при дыхании в виде углекислого газа. Количество бикарбоната в организме необходимо постоянно восполнять. Этот процесс осуществляется в дистальных канальцах при участии карбоангидразы. При этом в мочу секретируются ионы водорода, которые связываются с фосфатами или аммонием в канальцевом фильтрате, а бикарбонатные ионы возвращаются в кровь. Происходит секреция нелетучих кислот и восстановление бикарбоната. В результате процессов, описанных выше, предотвращаются потери бикарбоната с мочой, и образуется дополнительное количество ионов бикарбоната, которое соответствует эндогенной продукции катионов водорода. При нормальных условиях происходит восстановление физиологического уровня бикарбоната в крови (24 - 27 ммоль/л).
4. Почечная недостаточность Ухудшение функции почек ведёт к снижению секреции ионов водорода и реабсорбции бикарбоната, в организме происходит накопление кислот, а уровень бикарбоната плазмы падает ниже физиологической нормы. В начальной стадии почечной недостаточности за счёт гипервентиляции некоторое время может поддерживаться физиологический уровень рН плазмы, хотя затем всё равно развивается метаболический ацидоз. Для снижения кислотной нагрузки и улучшения самочувствия больных на этой стадии почечной недостаточности назначается диета с ограничением белка и таблетированный бикарбонат. По мере прогрессирования почечной недостаточности в метаболизм вовлекаются все имеющиеся буферные запасы организма, включая карбонат, содержащийся в костях. В дальнейшем, когда симптомы становятся опасными для жизни, наступает необходимость в лечении диализом. Несмотря на усилия врачей, большинство диализных больных постоянно находится в состоянии метаболического ацидоза. Это объясняется тем, что за время гемодиализау них не происходит адекватной коррекции кислотно-основного состояния.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате различных метаболических процессов в нашем организме постоянно образуются различные кислоты. Они сразу же нейтрализуются буферными системами, среди которых наиболее важной является бикарбонатная. Для поддержания постоянного уровня рН внутренней среды организма расходуется бикарбонат, что требует его постоянной регенерации. В норме этот процесс происходит в почках. У больных с почечной недостаточностью функцию почек замещает диализ, а буферная ёмкость крови восстанавливается посредством включения в состав диализирующего раствора различных буферных источников, наиболее физиологичным из которых является бикарбонат. Из-за недостаточной коррещии кислотно-основного состояния во время сеанса гемодиализа многие диализные больные постоянно находятся под воздействием метаболического ацидоза.
Список литературы
1. Бикарбонаты сыворотки или плазмы /Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл // Биохимия человека: в 2-х томах. Т.2. Пер. с англ.: - М.: Мир, 1993.
2. Буферные системы крови и кислотно-основное равновесие /Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин// Биологическая химия: Учебник /Под ред.акад. РАМН С.С. Дебова. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990.
3. Ацетатный и бикарбонатный диализ Ледебо И. (перевод с англ. С. Лашутина, И. Дьяченко) М.:1999.
www.ronl.ru
Доклад по физиологии на тему: « pH крови».
Преподаватель: Искра Т.Д.
Выполнила: студентка факультета ВМ и БТ(БЭ-201)
Еловенко Елена
Саратов 2011.
План
1.1 Что такое рН?
pH – это показатель концентрации водородных (H) ионов, численно равный отрицательному логарифму (обозначаемому латинской буквой «p») этой величины. Кислотность и щелочность растворов выражают в единицах шкалы рН, имеющей диапазон от 1 (сильная кислота) до 14 (сильная щелочь). В норме рН артериальной крови составляет 7,4, т.е. близок к нейтральному. Венозная кровь из-за растворенного в ней диоксида углерода несколько закислена: диоксид углерода (СО2), образующийся в ходе метаболических процессов, при растворении в крови реагирует с водой (Н2О), образуя угольную кислоту (Н2СО3).
Поддержание рН крови на постоянном уровне, т.е., другими словами, кислотно-щелочного равновесия, исключительно важно. Так, если рН заметно падает, в тканях снижается активность ферментов, что опасно для организма. Изменение рН крови, выходящее за рамки интервала 6,8–7,7, несовместимо с жизнью. Поддержанию этого показателя на постоянном уровне способствуют, в частности, почки, поскольку они по мере надобности выводят из организма кислоты или мочевину (которая дает щелочную реакцию). С другой стороны, рН поддерживается благодаря присутствию в плазме определенных белков и электролитов, обладающих буферным действием (т.е. способностью нейтрализовать некоторый избыток кислоты или щелочи).
^
-Участие дыхательной системы
Одна из функций дыхательной системы состоит в удалении СО2 - конечного продукта метаболизма, образующегося в больших количествах. В состоянии покоя организм выделяет 230 мл СО2/мин, или около 15 тыс. ммоль в сутки. В то же время при удалении из крови “летучего” ангидрида угольной кислоты в ней исчезает примерно эквивалентное число ионов Н+. Т.о. дыхание играет чрезвычайно важную роль в поддержании КЩР.
-Участие почек
Кроме легких в регуляции КЩР участвуют также почки. Их функция состоит в удалении нелетучих кислот, главным образом серной кислоты. Почки должны удалять в сутки 40-60 ммоль ионов Н+, накапливающихся за счет образования нелетучих кислот. Если содержание таких кислот возрастает, то при нормальном функционировании почек выделение Н+ с мочой может значительно увеличиваться. В результате рН крови возрастает к нормальному уровню. Напротив, при повышении рН выведение почками Н+ уменьшается, что также способствует поддержанию КЩР.
^
При ряде патологических состояний в крови накапливаются такие большие количества кислот или оснований, что описанные выше регуляторные системы (буферные системы крови, дыхательная и выделительная системы) уже не могут поддерживать рН на постоянном уровне. В зависимости от того, в какую сторону изменяется реакция крови, различают 2 типа нарушений КЩР. Понижение рН крови по сравнению с нормальным уровнем (рН ‹ 7,37) называется ацидозом, а повышение (рН › 7,43) - алкалозом. Каждый из этих двух типов подразделяется еще на несколько разновидностей в зависимости от причины сдвига рН. Такие сдвиги могут наступать при изменениях вентиляции легких (поражения легких могут сопровождаться увеличением напряжения СО2 в крови, и гипервентиляции приводят к снижению этого напряжения. Подобные состояния называют дыхательным (респираторным) ацидозом или алкалозом.
^
Характеризуется повышением парциального давления СО2 и концентрации углекислоты в крови, а также компенсаторным подъемом гидрокарбонатов чаще всего наблюдается:
1. при пневмонии
2. при недостаточности кровообращения с застоем в малом кругу кровообращения
3. под влиянием препаратов, угнетающих дыхательный центр (морфий и его производные).
4. При общем наркозе
Дыхательный алкалоз
Развивается, когда вследствие альвеолярной гипервентиляции возникает гипокапния - Р (СО2) 36 мм рт. ст. Несмотря на то, что содержание гидрокарбоната несколько падает вследствие уравновешивания между СО2 и Н2СО3, отношение [НСО3] к [α·Р (СО2)] повышается, а поэтому повышается и рН
При стойкой гипокапнии клетки почечных канальцев выводят дополнительное количество гидрокарбоната, восстанавливая нормальное отношение [НСО3] к [α·Р (СО2)]. Восстановление рН может быть почти полным и этот процесс называют компенсированным дыхательным алкалозом.
При нарушениях обмена веществ в крови могут накапливаться нелетучие кислоты; напротив, поступление в кровь оснований или потеря НСl могут сопровождаться уменьшением содержания этих кислот. Такие состояния называют метаболическим ацидозом или алкалозом легких. Метаболический алкалоз с первичным повышением концентрации гидрокарбонатов встречается при:
1. Избыточном и бесконтрольном введении щелочных растворов
2. Упорной рвоте
3. Дефиците калия в организме
4. Врожденном алкалозе с гипокалиемией
Метаболический ацидоз, характеризующийся уменьшением концентрации НСО3Ї в плазме, наблюдается при следующих заболеваниях и состояниях:
1. У детей периода новорожденности
2. Токсические состояния на почве ЖКЗ у детей раннего возраста.
3. Голодание
4. После длительного введения хлорида аммония или хлорида кальция.
5. Диабетическая кома
6. Почечная гломерулярная недостаточность.
^ (от англ. buffer, buff — смягчать удар) — физиологические системы и механизмы, обеспечивающие кислотно-основное равновесие в крови. 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. Буферные системы крови слагаются из буферных систем плазмы и клеток крови и представлены:
-бикарбона́тная бу́ферная систе́ма;
-фосфа́тная бу́ферная систе́ма;
-белко́вая бу́ферная систе́ма;
-гемоглоби́новая бу́ферная систе́ма.
^ – мощная и, пожалуй, самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови. На долю бикарбонатного буфера приходится около 10% всей буферной емкости крови. Бикарбонатная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н2СО3, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО3–, выполняющего роль акцептора протона:
Для данной буферной системы величину рН в растворе можно выразить через константу диссоциации угольной кислоты (рКН2СО3) и логарифм концентрации недиссоциированных молекул Н2СО3 и ионов HCO3–:
Истинная концентрация недиссоциированных молекул Н2СО3 в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации растворенного углекислого газа (СО2 + Н2О Н2СО3). Поэтому удобнее пользоваться тем вариантом уравнения, в котором рКh3СО3 заменена «кажущейся» константой диссоциации Н2СО3, учитывающей общую концентрацию растворенного СО2 в крови:
где K1– «кажущаяся» константа диссоциации Н2 С О3 ; [СО2(р)] – концентрация растворенного СО2.
При нормальном значении рН крови (7,4) концентрация ионов бикарбоната НСО3 в плазме крови превышает концентрацию СО2 примерно в 20 раз. Бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН 7,4.
Механизм действия данной системы заключается в том, что при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов водородные ионы Н+ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО3–, что приводит к образованию слабодиссоциирующей угольной кислоты Н2СО3. Последующее снижение концентрации Н2СО3 достигается в результате ускоренного выделения СО2 через легкие в результате их гипервентиляции (напомним, что концентрация Н2СО3 в плазме крови определяется давлением СО2 в альвеолярной газовой смеси).
Если в крови увеличивается количество оснований, то они, взаимодействуя со слабой угольной кислотой, образуют ионы бикарбоната и воду. При этом не происходит сколько-нибудь заметных сдвигов в величине рН. Кроме того, для сохранения нормального соотношения между компонентами буферной системы в этом случае подключаются физиологические механизмы регуляции кислотно-основного равновесия: происходит задержка в плазме крови некоторого количества СО2 в результате гиповентиляции легких . Как будет показано далее, данная буферная система тесно связана с гемоглобиновой системой.
^ представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из иона Н2РО4– (донор протонов) и иона НРО42– (акцептор протонов):
Роль кислоты в этой системе выполняет однозамещенный фосфат Nah3PO4, а роль соли двузамещенный фосфат – Na2HPO4.
Фосфатная буферная система составляет всего лишь 1% от буферной емкости крови. В других тканях эта система является одной из основных. Для фосфатной буферной системы справедливо следующее уравнение:
Во внеклеточной жидкости, в том числе в крови, соотношение [НРО42–]: [Н2РО4–] составляет 4:1. Величина рКН2РО4– равна 6,86.
Буферное действие фосфатной системы основано на возможности связывания водородных ионов ионами НРО42– с образованием Н2РО4– (Н+ + + НРО42– —> Н2РО4–), а также ионов ОН– с ионами Н2РО4– (ОН– + + Н2 Р О4– —> HPO42–+ h3O). Буферная пара (Н2РО4––НРО42–) способна оказывать влияние при изменениях рН в интервале от 6,1 до 7,7 и может обеспечивать определенную буферную емкость внутриклеточной жидкости, величина рН которой в пределах 6,9–7,4. В крови максимальная емкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения рН 7,2. Фосфатный буфер в крови находится в тесном взаимодействии с бикарбонатной буферной системой. Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.
^ имеет меньшее значение для поддержания КОР в плазме крови, чем другие буферные системы.
Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков: белок–Н+ (кислота, донор протонов) и белок (сопряженное основание, акцептор протонов). Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2–7,4.
^ – самая мощная буферная система крови. Она в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера; на ее долю приходится 75% от всей буферной емкости крови.
Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. Константа диссоциации кислотных групп гемоглобина меняется в зависимости от его насыщения кислородом. При насыщении кислородом гемоглобин становится более сильной кислотой (ННbО2). Гемоглобин, отдавая кислород, превращается в очень слабую органическую кислоту (ННb).
Итак, гемоглобиновая буферная система состоит из неионизированного гемоглобина ННb (слабая органическая кислота, донор протонов) и калиевой соли гемоглобина КНb (сопряженное основание, акцептор протонов). Точно так же может быть рассмотрена оксигемоглобиновая буферная система. Система гемоглобина и система оксигемоглобина являются вза-имопревращающимися системами и существуют как единое целое. Буферные свойства гемоглобина прежде всего обусловлены возможностью взаимодействия кисло реагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:
КНb + Н2СO3—> КНСO3 + ННb.
Именно таким образом превращение калийной соли гемоглобина эритроцитов в свободный ННb с образованием эквивалентного количества бикарбоната обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества углекислого газа и других кисло реагирующих продуктов обмена.Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры легких, превращается в окси-гемоглобин (ННbО2), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови . Перечисленные буферные системы крови играют важную роль в регуляции кислотно-основного равновесия. Как отмечалось, в этом процессе, помимо буферных систем крови, активное участие принимают также система дыхания и мочевыделительная система.
Литература:
1. Интернет.
2. Леонид Черный, целитель-биоэнергетик. Напечатано в газете "Целитель плюс", № 8, 2000 г.
3. Бондаренко В.М., Учайкин В.Ф., Мурашова А.О., Бевз Н.И., Абрамов Н.А. Дисбактериоз: современные возможности профилактики и лечения. М. 1994.
4. Гончарова Г.И. Бифидофлора человека, ее защитная роль в организме и обоснование сфер применения препарата бифидумбактерина. Дисс. докт. М. 1982 г.
5. Ефейкина Н.Б. Содержание гистамина у кишечных палочек, выделенных от детей с пищевой аллергией. Дисс. канд. М. 2000 г.
6. Красноголовец В.Н. Дисбактериоз кишечника. М. 1989 г.
7. Куваева И.Б. Обмен веществ организма и кишечная флора. М. 1976 г.
8. Овчинский Н.Н., Дасаев А.Н. Микрофлора желчи. В кн. Актуальные вопросы гастроэнтерологии. с. 50-53. М. 1973 г.
9. Панчишина М.В., Олейник С.Ф. Дисбактериоз при кишечных заболеваниях. М. 1977 г.
10. Пинегин Б.В., Мальцев В.Н., Коршунов В.М. Дисбактериоз кишечника. М. 1984 г.
userdocs.ru
