КРЪВНА БУФЕРНА СИСТЕМА - Студиопедия
Кръвта играе решаваща роля в поддържането на киселинно-алкалния баланс, чиято промяна може да доведе до развитие на патологични състояния или смърт на тялото. Следователно в тялото има специални системи, които предотвратяват промените в рН на кръвта и други биологични течности по време на образуването на киселинни и алкални продукти или при голям прием на вода. Тази роля изпълняват отделни физиологични системи (дихателна, отделителна), както и буферни системи. Последните много бързо (в рамките на няколко секунди) реагират на промените в концентрацията на H + и OH - във водна среда и са спешни регулатори на киселинно-алкалното състояние в тъканите на тялото.
Буферните системи са смес от слаба киселина и нейната разтворима сол, две соли или протеини, които могат да предотвратят промени в pH на водната среда. Действието на буферните системи е насочено към свързване на излишния Н + или ОН - в средата и поддържане на постоянно рН на средата. Под действието на буферната система се образуват слабо разпадащи се вещества или вода. Основните буферни системи на кръвта са бикарбонатна, протеинова (хемоглобин) и фосфатна. Предлагат се и ацетатни и амониеви буферни системи.
Бикарбонатната буферна система е най-мощната и най-контролирана система за кръв и извънклетъчна течност. Той представлява около 10% от общия буферен капацитет на кръвта. Бикарбонатната система е конюгирана киселинно-основна двойка, състояща се от молекула въглена киселина H2CO3, действаща като донор на протони, и бикарбонатен йон HCO3 - действащ като акцептор на протони:
Истинската концентрация на недисоциирани молекули H2CO3 в кръвта е незначителна и е в пряка зависимост от концентрацията на разтворения CO2. При нормално pHкръв (7.4), концентрацията на бикарбонатни йони HCO3 - в кръвната плазма надвишава концентрацията на CO2 около 20 пъти. Бикарбонатната буферна система функционира като ефективен регулатор в областта на рН=7,4. Механизмът на действие на тази система е, че когато относително големи количества киселинни продукти се отделят в кръвта, H + протоните взаимодействат с HCO3 - бикарбонатни йони, което води до образуването на слабо дисоцииран H2CO3.
Последващото намаляване на концентрацията на H2CO3 се постига в резултат на ускорено освобождаване на CO2 през белите дробове в резултат на тяхната хипервентилация. Ако количеството на основите в кръвта се увеличи, те, взаимодействайки със слаба въглена киселина, образуват бикарбонатни йони и вода. В този случай няма забележима промяна в стойността на pH. Освен това, за да се поддържа нормално съотношение между компонентите на буферната система, в този случай се включват физиологични механизми за регулиране на киселинно-алкалния баланс: определено количество CO2 се задържа в кръвната плазма в резултат на хиповентилация на белите дробове. Бикарбонатната система е тясно свързана с хемоглобиновата система.
Фосфатната буферна система е конюгирана киселинно-основна двойка, състояща се от H2PO4 йон - (протонен донор, действа като киселина) и HPO4 2- йон (протонен акцептор, действа като сол). Фосфатната буферна система съставлява само 1% от плавателния капацитет на кръвта. В други тъкани тази система е една от основните. Фосфатната буферна система е в състояние да повлияе при промяна на рН в диапазона от 6,1 до 7,7 и може да осигури определен капацитет на вътреклетъчната течност, чиято стойност на рН е в диапазона 6,9-7,4. В кръвта максималният капацитет на фосфатния буфер се появява близо до стойността 7,2. Органичните фосфати също иматбуферни свойства, но тяхната сила е по-слаба от неорганичния фосфатен буфер.
Протеиновата буферна система е по-малко важна за поддържане на киселинно-алкалния баланс в кръвната плазма в сравнение с други буферни системи. Протеините образуват буферна система поради наличието на киселинно-базови групи в протеиновата молекула: протеин-H + (киселина, протонен донор) и протеин (конюгирана база, протонен акцептор). Протеиновата буферна система на кръвната плазма е ефективна в диапазона на рН 7,2-7,4.
Хемоглобиновата буферна система е най-мощната буферна система в кръвта, представляваща 75% от цялата буферна система. Участието на хемоглобина в регулирането на pH на кръвта се свързва с ролята му в транспорта на кислород и въглероден диоксид. Когато се насити с кислород, хемоглобинът става по-силна киселина (HbO2). Хемоглобинът, отделяйки кислород, се превръща в много слаба органична киселина (HHb).
Буферната система на хемоглобина се състои от нейонизиран хемоглобин HHb (слаба органична киселина, донор на протони) и калиева сол на хемоглобина KHb (конюгирана основа, акцептор на протони). По подобен начин може да се има предвид оксихемоглобинова буферна система. Хемоглобиновата система и оксихемоглобиновата система са взаимно конвертируеми системи и съществуват като едно цяло. Буферните свойства на хемоглобина се дължат на възможността за взаимодействие на киселинно-реактивни съединения с калиевата сол на хемоглобина:
Това гарантира, че pH на кръвта се поддържа в рамките на физиологично приемливи стойности, въпреки навлизането във венозната кръв на голямо количество CO2 и други киселинни метаболитни продукти. Хемоглобинът (HHb), попадайки в капилярите на белите дробове, се превръща в оксихемоглобин (HHbO2), което води до известно подкисляване на кръвта, изместване на част от H2CO3 от бикарбонати инамаляване на алкалния резерв на кръвта.
Дихателната функция на кръвта. Важна функция на кръвта е нейната способност да пренася кислород до тъканите и CO2 от тъканите до белите дробове. Веществото, което изпълнява тази функция, е хемоглобинът. Хемоглобинът е в състояние да абсорбира O2 при относително високо съдържание на него в атмосферния въздух и лесно да го отдаде с намаляване на парциалното налягане на O2:
Поради това в белодробните капиляри кръвта се насища с О2, докато в тъканните капиляри, където парциалното й налягане рязко намалява, се наблюдава обратният процес - връщане на кислород в тъканите от кръвта.
Образуваният в тъканите по време на окислителни процеси CO2 трябва да бъде отстранен от тялото. Осигуряването на такъв обмен на газ се извършва от няколко системи на тялото.
Най-важното е външното или белодробното дишане, което осигурява насочена дифузия на газове през алвеолокапилярните прегради в белите дробове и обмен на газове между външния въздух и кръвта; дихателната функция на кръвта, зависима от способността на плазмата да се разтваря и способността на хемоглобина обратимо да свързва кислорода и въглеродния диоксид; транспортната функция на сърдечно-съдовата система (кръвоток), която осигурява прехвърлянето на кръвни газове от белите дробове към тъканите и обратно; функцията на ензимните системи, която осигурява обмена на газове между кръвта и тъканните клетки, т.е. тъканно дишане.
Дифузията на кръвните газове се осъществява през клетъчната мембрана по концентрационния градиент. Благодарение на този процес в алвеолите на белите дробове в края на вдъхновението се изравняват парциалните налягания на различни газове в алвеоларния въздух и кръвта. Обменът с атмосферния въздух при последващо издишване и вдишване отново води до разлики в концентрацията на газове в алвеоларния въздух и в кръвта, във връзка с което кислородът дифундира вкръв и въглероден диоксид от кръвта.
По-голямата част от O2 и CO2 се транспортират под формата на връзката им с хемоглобина под формата на молекули HbO2 и HbCO2. Максималното количество кислород, свързано от кръвта, когато хемоглобинът е напълно наситен с кислород, се нарича кислороден капацитет на кръвта. Нормално стойността му варира от 16,0–24,0 об.% и зависи от съдържанието на хемоглобин в кръвта, 1 g от който може да свърже 1,34 ml кислород (число на Хюфнер).
Свързването на кислорода от хемоглобина е обратим процес, който зависи от напрежението на кислорода в кръвта, както и от други фактори, по-специално от pH на кръвта.
CO2, образуван в тъканите, преминава в кръвта на кръвоносните капиляри, след което дифундира в еритроцитите, където под въздействието на карбоанхидразата се превръща във въглеродна киселина, която се разпада на Н + и НСО3 -. HCO3 - частично дифундира в кръвната плазма, образувайки натриев бикарбонат. Когато кръвта попадне в белите дробове (както и HCO3 - йони, съдържащи се в еритроцитите), тя образува CO2, който дифундира в алвеолите.
Около 80% от общото количество CO2 се транспортира от тъканите до белите дробове под формата на бикарбонати, 10% под формата на свободно разтворен въглероден диоксид и 10% под формата на карбоксихемоглобин. Карбоксихемоглобинът се дисоциира в белодробните капиляри на хемоглобин и свободен CO2, който се отстранява с издишания въздух. Освобождаването на CO2 от връзката с хемоглобина се улеснява от превръщането на последния в оксихемоглобин, който, имайки изразени киселинни свойства, е в състояние да превърне бикарбонатите във въглеродна киселина, която се дисоциира, за да образува вода и молекули CO2.
При недостатъчно насищане на кръвта с кислород се развива хипоксемия,, която е придружена от развитие на хипоксия, т.е. недостатъчно снабдяване на тъканите с кислород. Тежките форми на хипоксемия могат да причинятпълно спиране на доставянето на кислород към тъканите, след което се развивааноксия, в тези случаи настъпва загуба на съзнание, което може да доведе до смърт.
Патологията на газообмена, свързана с нарушен транспорт на газ между белите дробове и клетките на тялото, се наблюдава при намаляване на газовия капацитет на кръвта поради липса или качествени промени в хемоглобина, проявяващи се под формата на анемична хипоксия. При анемия кислородният капацитет на кръвта намалява пропорционално на намаляването на концентрацията на хемоглобина. Намаляването на концентрацията на хемоглобин при анемия също ограничава транспорта на въглероден диоксид от тъканите към белите дробове под формата на карбоксихемоглобин.
Нарушаването на транспорта на кислород чрез кръвта се среща и при патология на хемоглобина, например при сърповидно-клетъчна анемия, когато някои от молекулите на хемоглобина се инактивират чрез превръщането му в метхемоглобин, например при отравяне с нитрати (метхемоглобинемия) или при карбоксихемоглобин (отравяне с CO).
Нарушенията на газообмена, дължащи се на намаляване на обемната скорост на кръвния поток в капилярите, възникват при сърдечна недостатъчност, съдова недостатъчност (включително колапс, шок), локални нарушения - с ангиоспазъм и др. При условия на стагнация на кръвта концентрацията на намален хемоглобин се увеличава. При сърдечна недостатъчност това явление е особено изразено в капилярите на части на тялото, отдалечени от сърцето, където кръвният поток е най-бавен, което се проявява клинично с акроцианоза.
Първичното нарушение на газообмена на клетъчно ниво се наблюдава главно при излагане на отрови, които блокират дихателните ензими. В резултат на това клетките губят способността си да използват кислород и се развива рязка тъканна хипоксия, водеща до структурна дезорганизация на субклетъчни и клетъчни елементи до некроза.Нарушаването на клетъчното дишане може да бъде насърчено от дефицит на витамини, например дефицит на витамини В2, РР, които са коензими на дихателните ензими.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: