Механизм буферного действия.
Компоненты: Н2СО3 / НСО3–
В этой системе донором протона является угольная кислота Н2СО3, а акцептором протона – гидрокарбонат-ион НСО3–.
Если в кровь поступает кислота и увеличивается концентрация иона водорода, то он взаимодействует с НСО3–, образуя Н2СО3 и приводит к выделению газообразного СО2, который выводится из организма в процессе дыхания через легкие.
Н+ + НСО3– Н2СО3 СО2 + Н2О
Концентрация слабой кислоты при этом увеличивается, а концентрация соли (сопряженного основания) на ту же величину уменьшается ⇒ рН не изменится, т.к. АК переходит в ПК. ПК и ОК ↑, а АК не изменяется.
При поступлении в кровь оснований, они связываются угольной кислотой: ОН– + Н2СО3 НСО3– + Н2О
рН при этом почти не изменится за счет смещения ионизации кислоты вправо в результате связывания одного из продуктов ионизации – протонов – в слабый электролит (воду). Концентрация слабой кислоты при этом уменьшится, а концентрация соли на эту же величину увеличится. рН не изменится, т.к. ПК переходит в АК. ПК и ОК ↓, а АК не изменится.
Главное назначение гидрокарбонатной системы заключается в нейтрализации кислот. Этот буфер является системой быстрого реагирования, т.к. продукт его взаимодействия с кислотами - углекислый газ – быстро выводится через легкие.
Гидрокарбонатный буфер определяет в крови кислотно-щелочное равновесие (КЩР) и является щелочным резервом крови (ЩР). Щелочной резерв крови – показатель функциональных возможностей буферных систем крови, представляющий собой количество двуокиси углерода, которое может быть связано 100 мл плазмы крови, предварительно приведенной в состояние равновесия с газовой средой, в которой парциальное давление СО2 составляет 40 мм рт. ст., т.е. способность крови связывать СО2.
Гидрокарбонатный буфер содержится также в эритроцитах, межклеточной жидкости и в почечной ткани.
Гидрофосфатная буферная система
Компоненты Н2РО4– / НРО42–
Она состоит из дигидрофосфатов и гидрофосфатов (NaH2РO4 и Na2HРO4 – в плазме крови и межклеточной жидкости, КН2РО4 и К2HРO4 – внутри клеток). Роль донора протона в этой системе играет ион Н2РО4–, а акцептора протона – ион НРО42–. В норме отношение Н2РО4– / НРО42– = 1 / 4. Следовательно, буферная емкость по кислоте больше, чем по основанию.
При увеличении концентрации ионов водорода (например, при переработке мясной пищи), происходит их нейтрализация ионами НРО42–. Н+ + НРО42– ⇄ Н2РО4–.При увеличении концентрации оснований в организме (например, при употреблении растительной пищи), они нейтрализуются ионами Н2РО4–.
ОН– + Н2РО4– ⇄ НРО42– + Н2О
Избыточное количество дигидрофосфат и гидрофосфат ионов выводится почками.
В отличие от гидрокарбонатной (в которой восстановление отношения достигается в течение 10-18 часов за счет изменения объема легочной вентиляции), в гидрофосфатной системе полное восстановление отношения компонентов происходит только через 2-3 суток. Фосфатный буфер в крови находится в тесной связи с бикарбонатной буферной системой.
Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.
Белковая буферная система
Буферные свойства белков крови обусловлены способностью аминокислот ионизироваться. Конечные карбокси- и аминогруппы белковых цепей играют в этом отношении незначительную роль, так как таких групп мало. Значительно больший вклад в создание буферной емкости белковой системы вносят боковые группы, способные ионизироваться.
Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков.
К буферным белкам крови относятся как белки плазмы (в особенности альбумин), так и содержащийся в эритроцитах гемоглобин.
Особое значение гемоглобинового буфера заключается в том, что кислотность гемоглобина зависит от его степени окисления. При нормальных пределах рН оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем дезоксигемоглобин. Это обусловлено влиянием кислорода, связанного с железом, на сродство ближайших имидазольных групп гистидина к ионам водорода. Благодаря этому гемоглобин, освобождаясь в тканях от кислорода, приобретает большую способность к связыванию ионов водорода, а в венозной крови в результате выделения углекислого газа тканями, происходит накопление в крови этих ионов. При поглощении кислорода в легких происходят обратные процессы.
Гемоглобиновая буферная система
Является, разумеется, частью белкового буфера, но выделяется отдельно в связи с особой локализацией — внутри эритроцитов — и особой функцией.
Представлена кислотами гемоглобином и оксигемоглобином и сопряженным им основаниями – соответственно гемоглобинат и оксигемоглобинат ионами.
Компоненты НHb / Нb– и НHbО2 / НbО2–
Гемоглобиновый буфер – главная буферная система эритроцитов, на долю которой приходится около 75% всей буферной емкости крови. Оксигемоглобин более сильная кислота, чем гемоглобин. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода от тканей к легким и угольной кислоты. Системы гемоглобина и оксигемоглобина являются взаимопревращающимися системами и существуют как единое целое. Эта система эффективно функционирует только в сочетании с другими буферными системами крови. Эта буферная система в эритроцитах тесно связана с гидрокарбонатной системой.
В эритроцитах рН поддерживается постоянным благодаря действию трех буферных систем:
Сила этих кислот и оснований изменяется следующим образом:
HHb < H2CO3 < HHbO2
Hb– > HCO3– > HbO2–
Перенос протона происходит по схеме: