Кръвни буферни системи
Установено е, че определен диапазон от колебания на pH на кръвта съответства на състоянието на нормата - от 7,37 до 7,44 със средна стойност 7,40. Кръвта е суспензия от клетки в течна среда, следователно нейният киселинно-алкален баланс се поддържа от съвместното участие на плазмени буферни системи и кръвни клетки. Най-важните буферни системи на кръвта са бикарбонат, фосфат, протеин и най-мощният хемоглобин.
Бикарбонатната буферна система е мощна и може би най-контролираната система от извънклетъчна течност и кръв. Делът на бикарбонатния буфер представлява около 10% от общия буферен капацитет на кръвта. Бикарбонатната система е конюгирана киселинно-основна двойка, състояща се от молекула въглена киселина H2CO3, която действа като донор на протони, и бикарбонатен йон HCO3 -, който действа като акцептор на протони:
Истинската концентрация на недисоциирани молекули H2CO3 в кръвта е незначителна и зависи пряко от концентрацията на разтворения въглероден диоксид (CO2 + H2O H2CO3). Следователно е по-удобно да се използва версията на уравнението, в която pKH2CO3 се заменя с „видимата“ константа на дисоциация на H2CO3, която отчита общата концентрация на разтворен CO2 в кръвта:
При нормално pH на кръвта (7,4) концентрацията на HCO3 бикарбонатни йони в кръвната плазма надвишава концентрацията на CO2 около 20 пъти. Бикарбонатната буферна система функционира като ефективен регулатор в областта на pH 7,4.
Механизмът на действие на тази система е, че когато относително големи количества киселинни продукти се отделят в кръвта, водородните йони H + взаимодействат с бикарбонатните йони HCO3 - , което води до образуването на слабо дисоциирана въглена киселина H2CO3. Последващото намаляване на концентрацията на H2CO3 се постига в резултат на ускореноосвобождаване на CO2 през белите дробове в резултат на тяхната хипервентилация (припомнете си, че концентрацията на H2CO3 в кръвната плазма се определя от налягането на CO2 в алвеоларната газова смес).
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 са включени физиологични механизми за регулиране на киселинно-алкалния баланс: определено количество CO2 се задържа в кръвната плазма в резултат на белодробна хиповентилация. Както ще бъде показано по-долу, тази буферна система е тясно свързана с хемоглобиновата система.
Фосфатната буферна система е конюгирана киселинно-основна двойка, състояща се от H2PO4 йон - (протонен донор) и HPO4 2- йон (протонен акцептор):
Ролята на киселината в тази система се изпълнява от монозаместения фосфат NaH2PO4, а ролята на солта се изпълнява от двузаместения фосфат Na2HPO4.
Фосфатната буферна система е само 1% от буферния капацитет на кръвта. В други тъкани тази система е една от основните. Следното уравнение е валидно за фосфатна буферна система:
В извънклетъчната течност, включително кръвта, съотношението на [HPO4 2– ]: [H2PO4 – ] е 4:1. Стойността на pKH2PO4– е 6,86.
Буферното действие на фосфатната система се основава на възможността за свързване на водородни йони с HPO4 2– йони за образуване на H2PO4 - (H + + + HPO4 2– - > H2PO4 -), както и OH йони - с H2PO4 йони - (OH - + + H2 P O4 - - > HPO4 2– + H2O). Буферната двойка (H2PO4 - -HPO4 2-) е в състояние да повлияе на промените в pH в диапазона от 6,1 до 7,7 и може да осигури определен буферен капацитетвътреклетъчна течност, чиято стойност на рН е в диапазона 6,9–7,4. В кръвта максималният капацитет на фосфатния буфер се появява около рН стойност 7,2. Фосфатният буфер в кръвта е в тясно взаимодействие с бикарбонатната буферна система. Органичните фосфати също имат буферни свойства, но тяхната сила е по-слаба от неорганичните фосфатни буфери.
Протеиновата буферна система е по-малко важна за поддържането на COR 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. Той е 9 пъти по-мощен от бикарбонатния буфер; той представлява 75% от общия буферен капацитет на кръвта.
Участието на хемоглобина в регулирането на pH на кръвта се свързва с ролята му в транспорта на кислород и въглероден диоксид. Константата на дисоциация на киселинните групи на хемоглобина варира в зависимост от насищането му с кислород. Когато се насити с кислород, хемоглобинът става по-силна киселина (HbO2). Хемоглобинът, отделяйки кислород, се превръща в много слаба органична киселина (HHb).
И така, 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 преди всичко на възможносттавзаимодействия на киселинно-реактивни съединения с калиевата сол на хемоглобина за образуване на еквивалентно количество от съответната калиева сол на киселината и свободния хемоглобин:
Именно по този начин превръщането на калиевата сол на еритроцитния хемоглобин в свободен HHb с образуването на еквивалентно количество бикарбонат осигурява поддържане на рН на кръвта в рамките на физиологично приемливи стойности, въпреки притока на огромно количество въглероден диоксид и други киселинно-реагиращи метаболитни продукти във венозната кръв.
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 и намаляване на алкалния резерв на кръвта. Тези буферни системи на кръвта играят важна роля в регулирането на киселинно-алкалния баланс. Както беше отбелязано, в този процес, освен буферните системи на кръвта, активно участие вземат и дихателната система и отделителната система.