Буферные системы крови - Буферные системы крови. Понятие щелочного резерва, ацидоза и алкалоза. Механизмы компенсаций функций организма при ацидозах и алкалозах
Установлено, что состоянию нормы соответствует определенный диапазон колебаний рН крови - от 7,37 до 7,44 со средней величиной 7,40. Кровь представляет собой взвесь клеток в жидкой среде, поэтому ее кислотно-основное равновесие поддерживается совместным участием буферных систем плазмы и клеток крови. Важнейшими буферными системами крови являются бикарбонатная, фосфатная, белковая и наиболее мощная гемоглобиновая.
Бикарбонатная буферная система - 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 рКH2СО3 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.
Фосфатная буферная система 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 NaH2PO4, 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-+ H2O). 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.
Белковая буферная система 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.
Гемоглобиновая буферная система - 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 взаимопревращающимися 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.
Гемоглобиновая буферная система по мнению Ван Слайка на 75% обеспечивает буферную емкость крови. Это связано с тем, что оксигемоглобин (HbO2) является гораздо более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин (Hb). В тканевых капиллярах в кровь поступает большое количество кислых продуктов распада,*****Shem9 кровь обогащается значительным количеством углекислого газа, что сдвигает ее реакцию в кислую сторону. Но одновременно в этих же участках микроциркуляторного русла происходит восстановление гемоглобина, который, становясь при этом более слабой кислотой, отдает значительную часть связанных с ним щелочных продуктов. Последние, реагируя с угольной кислотой, образуют бикарбонаты.
Переход углекислого газа в легочные альвеолы не приводит к защелачиванию крови, так как гемоглобин, присоединяя кислород, вновь становится сильной кислотой, способной связывать щелочные продукты.
Однако столь успешно гемоглобиновый буфер может работать только в том случае, если легочная ткань не поражена каким-либо патологическим процессом.
В процессе метаболизма в организме образуется значительно больше кислых продуктов распада, чем щелочных. Кроме того, подлежат нейтрализации и кислоты, поступающие в организм вместе с пищей. Все это приводит к расходованию бикарбонатов плазмы, за счет которых в значительной степени обеспечивается текущее поддержание уровня рН внутренней среды на заданном физиологическом уровне. В связи с этим необходимо рассмотреть, каким образом происходит восстановление в организме запасов бикарбонатов, то есть, как осуществляется поддержание щелочного резерва организма.
В этом процессе важное место занимает реакция между угольной кислотой и хлористым натрием, запасы которого в плазме крови тщательно контролируются посредством нижеследующей реакции:
H2CO3 + NaCl ЃМ NaHCO3 + HCl
Образовавшиеся в результате этой реакции бикарбонаты пополняют щелочной резерв, а соляная кислота поступает в эритроциты, где, соединяясь с белками, образует кислые альбуминаты. При уменьшении в крови парциального давления углекислого газа процесс идет а обратном направлении.
Кроме того, в формировании щелочного резерва принимают участие щелочные протеинаты и соли гемоглобина.
Помимо быстродействующих буферных механизмов крови и эффективной роли легких в регуляции КОС. в поддержании постоянства рН внутренней среды организма принимают участие и более медленные процессы, протекающие в почках.
Почки обладают способностью выводить с мочой ряд катионов и анионов в значительно большей концентрации, чем они содержатся в плазме крови. Особенно велика роль почек в выведении кислых продуктов распада. В основе этих физиологических процессов лежат две специфические особенности, присущие клубочковому и канальцевому аппарату нефрона. Во-первых, выводя из плазмы крови катионы и анионы в пропорциях, отражающих их содержание в плазме крови, почки способны активно реабсорбировать бикарбонаты в канальцах. Во-вторых, в дистальных отделах канальцев возможно выделение дополнительного количества кислых продуктов, а также связывание водородных ионов и образование веществ (например, хлористого аммония), которые способны изменять рН мочи. Однако в отличие от стабильной слабощелочной реакции плазмы крови, рН мочи может в норме меняться в достаточно широких пределах (от 4.8 до 7.4). Рассмотрим несколько конкретных примеров, иллюстрирующих роль почек в регуляции КОС организма. К таким механизмам относится деятельность почек по сохранению щелочных резервов организма -- реабсорбция бикарбонатов, а также участие почек в выведении из организма избытка кислых продуктов распада -- превращение в почках менее кислых соединений в более кислые; образование в почках свободных органических кислот. В значительно меньшей степени в регуляции КОС принимают участие желудочно-кишечный тракт и печень.
Обкладочные клетки слизистой желудка, синтезируя соляную кислоту (рН чистого желудочного сока колеблется в пределах от 1.5 до 1.8), связывают значительные количества анионов хлора. Освобождающийся катион Na (после диссоциации: NaCl (стрела перехода) Na+ + Cl-), участвуя в образовании бикарбонатов, увеличивает щелочные резервы организма. В связи с этим хроническая потеря организмом желудочного сока, например, при неукротимой рвоте, способна сместить КОС в щелочную сторону. С другой стороны, ненормально повышенное выведение из организма кишечных пищеварительных соков (имеющих щелочную реакцию рН = 7.2-8.4) может истощить щелочные резервы и сместить КОС в кислую сторону.
Обладая способностью синтезировать и разрушать кетоновые тела (ацетоуксусную, в-оксимасляную кислоты, ацетон), печень косвенно участвует в регуляции КОС. Кроме того, образуя желчь, которая имеет слабощелочную реакцию, печень способствует понижению рН.
Таковы основные физиологические механизмы, обеспечивающие постоянство кислотно-основного состояния организма при его нормальном функционировании. Патология различных органов и систем может вносить в этот нормальный физиологический процесс свои коррективы.
Однако для того, чтобы правильно оценить природу и значимость для организма нарушений КОС, необходимо знать его основные параметры, а также их значения, не выходящие за пределы физиологической нормы.
К таким показателям относятся следующие:
- 1. Актуальный (истинный) рН -- это значение рН артериальной крови, определенное без доступа воздуха при 38°С. 2. Актуальное (истинное) парциальное напряжение углекислого газа (pCO2) -- это значение рСO2 артериальной крови, определенное без доступа воздуха при 38°С. 3. Стандартный бикарбонат (SB -- "Standart Bicarbonate") -- это содержание бикарбонатов в плазме крови (ммоль/л) при полном насыщении ее кислородом и при рСO2, равном 40 мм ртутного столба, определяемое при 38°С. 4. Актуальный (истинный) бикарбонат (АВ -- "Actual Bicarbonate") -- концентрация бикарбоната в плазме крови (в ммоль/л) при истинном рСO2, определяемом при температуре 38°С. 5. Избыток (недостаток) буферных оснований (BE -- "Base Excess") -- это разность между средним нормальным содержанием буферных оснований (в цельной крови при рН = 7.38 и рСO2, равном 40 мм ртутного столба) и найденным значением концентрации буферных оснований (ВВ).
Определение указанных выше параметров проводится на аппарате Micro Astrup и заключается в том, что исследуемая кровь в объеме 1 мл для каждой пробы насасывается в три капилляра в условиях отсутствия контакта с атмосферным воздухом. Затем две пробы насыщаются углекислотой до различных определенных величин рСO2 и в каждой из трех проб электрометрическим способом определяется величина рН. Далее с помощью специальной номограммы по Siggard-Andersson рассчитываются рассмотренные выше показатели.
Следует иметь в виду, что соотношение между SB и AB дает дополнительные сведения исследователю или клиницисту при постановке диагноза газового (респираторного) алкалоза или ацидоза (подробно эти изменения КОС описаны ниже). Так например, если SB больше AB, имеет место газовый (респираторный) алкалоз, если же АВ больше SB, - газовый (респираторный) ацидоз.
Всякое изменение рСОа существенно сказывается на поглощении ее кровью. Зависимость содержания углекислоты в крови (в об.%) от парциального ее напряжения выражается кривой связывания углекислоты. Кривые связывания С02 изображаются графически таким образом, что рСОа откладывается по оси абсцисс, а количество объемных процентов углекислоты в крови - но оси ординат.
Кривая связывания углекислоты является истинным показателем наличия резерва щелочей крови.
Похожие статьи
-
Источники поступления в живой организм Суточную потребность в сере можно обеспечить правильно организованным рациональным питанием. Основными источниками...
-
Р-ры-галог. с-мы, сост. из 2х или более компонентов(расв-ль и растворимые ве-ва). Растворитель-тот компонент, кот. в чистом виде нах-ся в том же...
-
Основные понятия и определения проблемы прогнозирования - Прогнозирующие системы
Необходимо отметить, что мы рассматриваем прогнозирование в целях планирования производства или управления запасами. Таким образом, наш интерес лежит в...
-
В настоящее время нельзя назвать область человеческой деятельности, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно...
-
Пожары и взрывы причиняют значительный материальный ущерб, в ряде случаев вызывают тяжелые травмы и гибель людей. Ущерб от пожаров и взрывов в...
-
--водный раствор молочной кислоты и ее ангидрида. Выпускаются два вида молочной кислоты: средней концентрации с общей кислотностью не менее 40% и...
-
СО2 + С = 2СО Если известно, что для СО2 ДG2980 = - 394572 Дж/моль и для СО ДG2980 = - 137334 Дж/моль. Рассчитаем ДG2980 = 2ДGСО - ДGСО2 = 2*(137,334)...
-
Все аминокислоты, из которых состоят белки, являются" L-а-амино - (или имино-) кислотами. Они находят применение как пищевые добавки, приправы, усилители...
-
Механизм действия и биотрансформация - Железо восстановленное (Ferrum reductum)
Фармакокинетика . В присутствии кислоты хлористоводородной желудочного сока железо восстановленное частично превращается в хлорид закиси железа. В...
-
Обмен холестерина - Обмен и функции липидов
Ежесуточно в организме взрослого человека обменивается до 1,5 г холестерина. Примерно половина этого количества синтезируется в организме, а половина...
-
Модель в общем смысле (обобщенная модель) есть создаваемый с целью получения и (или) хранения информации специфический объект (в форме мысленного образа,...
-
Наглядное - на базе представлений человека о реальных объектах создаются различные наглядные модели, отображающие явления и процессы, протекающие в...
-
В настоящем разделе приводится краткая характеристика и общая структура системы автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры PCAD...
-
К-изменение скорости хим. р-ции, под действием особых ве-в-катализаторов, кот. участвуют в ходе р-ции, но к концу ее остаются в неизменном кол-ве. Виды:...
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
Первым практическим поводом к осознанию необходимости изучения химической эволюции явились исследования в области моделирования биокатализаторов....
-
Содержание мышьяка в организме В организме взрослого человека содержится всего около 15-20 миллиграммов мышьяка. Основная его часть концентрируется в...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Понятие и виды логистической системы
Информационные системы обеспечивают подготовку, ввод, хранение, обработку, контроль и передачу данных. Они представляют собой соответствующие...
-
СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛОГИСТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ - Понятие и виды логистической системы
Объектом логистическими системами, как известно является сквозной материальный поток, тем не менее на отдельных участках управление им имеет известную...
-
ВВЕДЕНИЕ - Понятие и виды логистической системы
Понятию "система" в энциклопедическом словаре приведено следующее определение: это множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом,...
-
Бор в организме - Третья группа периодической системы
. Бор относится к числу химических элементов, которые в очень малых количествах содержатся в тканях растений и животных (тысячные и десятитысячные доли%...
-
В данной главе мы обсуждаем некоторые общие аспекты разработки прогнозирующих систем: понятие прогноза и цели его использования, основные понятия и...
-
Тромбоциты и клетки крови, Почки - Простагландины. Строение. Биороль
Эйкозаноиды оказывают существенное влияние на агрегацию тромбоцитов. ПГЕ 1 и особенно ПГI 1 сильно тормозят агрегацию тромбоцитов. Нейтрофилы и лимфоциты...
-
Щелочное плавление сульфокислот - Синтез фенола
При щелочном плавлении сульфокислот замещение сульфогруппы на оксигруппу считают результатом сложного процесса, предполагающего промежуточное...
-
Процессы, основанные на микробиологической ферментации, разработаны и для получения ряда других органических кислот. Среди них -- глюконовая кислота и ее...
-
Фосфор в организме человека, Применение в медицине соединений фосфора - Фосфор и его соединения
В теле человека массой 70 кг. Содержится около 780 г. фосфора. В виде фосфатов кальция фосфор присутствует в костях человека и животных. Входит он и в...
-
Изменение жиров при хранении - Химия и физика молока
Современные представления о механизме окисления жиров. При неблагоприятных условиях хранения в жирах протекают различные процессы, отрицательно влияющие...
-
Система "Диспетчер" апробирована на реальных исходных данных двух регионов Нефтяной Компании "Юкос" (Липецкая и Воронежская области) и показала свою...
-
Введение, Физические и химические свойства - Понятие о микроэлементах (цинк)
Микроэлементы -- химические элементы, входящие в состав организмов в ничтожно малых количествах и необходимые для нормальной жизнедеятельности....
-
За транспортировку висмута к различным органам в организме ответственны лейкоциты. Захваченный лейкоцитами и разнесенный током крови и лимфы по всему...
-
Термодинамика. Химическая термодинамика. Термодинамические системы. Энергия. Внутренняя энергия Термодинамика изучает взаимное превращение теплоты,...
-
Болезни крови - Желчные пигменты
Кровь, по самой сущности своего образования и по значению своих функций, неизбежно видоизменяется в физическом и химическом отношениях в связи с самыми...
-
Зарождение современной химии, Теория флогистона и система Лавуазье - Химия сегодня
Представления древнегреческих натурфилософов оставались основными идейными истоками естествознания вплоть до XVIII в. До начала эпохи Возрождения в науке...
-
Химическим равновесием называется такое состояние химической системы, при котором количества исходных веществ и продуктов не меняются со временем. 1....
-
Процесс нитрования углеводородов смесью азотной и серной кислот протекает в гетерогенной среде, так как образуются две фазы - органическая...
-
Наша группа работала над учебным межпредметным проектом "Математические модели в рыночной экономике". Мы покажем применение в экономике систем уравнений....
-
Коалесцентный механизм элементарного акта наблюдается при флотации аполярных минералов с углеводородными маслами. По данному механизму частичка, на...
-
Тепловые эффекты при растворении. Механизмы растворения веществ в воде - Растворы
Растворение веществ сопровождается различными тепловыми эффектами в зависимости от природы вещества. При растворении в воде, например, гидроксида калия...
-
Например, если изучается модель спроса как соотношение цен и количества потребляемых товаров, то одновременно для прогнозирования спроса необходима...
-
ПОНЯТИЕ МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМ - Микрогетерогенные системы. Суспензии и пасты
Коллоидный эмульсия аэрозоль пленка Микрогетерогенные или грубодисперсные системы - системы с размером частиц от 1 до 10-5 см (> 100 нм) в соответствие с...
Буферные системы крови - Буферные системы крови. Понятие щелочного резерва, ацидоза и алкалоза. Механизмы компенсаций функций организма при ацидозах и алкалозах