Acid-bazna ravnoteža igra veliku ulogu u normalnom funkcioniranju ljudskog tijela. Krv koja cirkulira u tijelu mješavina je živih stanica koje se nalaze u tekućem staništu. Prva sigurnosna značajka koja kontrolira razinu pH u krvi je sustav pufera. Ovo je fiziološki mehanizam koji osigurava održavanje parametara acidobazne ravnoteže sprječavanjem pada pH vrijednosti. Što je i koje sorte ima, saznat ćemo u nastavku.
Opis
Spremnik sustav je jedinstven mehanizam. U ljudskom tijelu ih ima nekoliko, a svi se sastoje od plazme i krvnih stanica. Puferi su baze (proteini i anorganski spojevi) koje vežu ili doniraju H+ i OH-, uništavajući pH pomak u roku od trideset sekundi. Sposobnost pufera da održava kiselinsko-baznu ravnotežu ovisi o broju elemenata od kojih se sastoji.
Vrste pufera za krv
Krv koja se neprestano kreće su žive stanice,koji postoje u tekućem mediju. Normalni pH je 7, 37-7, 44. Vezanje iona događa se s određenim puferom, klasifikacija puferskih sustava je data u nastavku. Sama se sastoji od plazme i krvnih stanica i može biti fosfat, protein, bikarbonat ili hemoglobin. Svi ovi sustavi imaju prilično jednostavan mehanizam djelovanja. Njihovo djelovanje usmjereno je na regulaciju razine iona u krvi.
Značajke pufera za hemoglobin
Sustav pufera za hemoglobin je najmoćniji od svih, on je lužina u kapilarama tkiva i kiselina u takvom unutarnjem organu kao što su pluća. Na njega otpada oko sedamdeset pet posto ukupnog kapaciteta međuspremnika. Ovaj mehanizam je uključen u mnoge procese koji se događaju u ljudskoj krvi, a u svom sastavu ima globin. Kada se hemoglobinski pufer promijeni u drugi oblik (oksihemoglobin), ovaj se oblik mijenja, a mijenjaju se i kisela svojstva aktivne tvari.
Kvaliteta smanjenog hemoglobina je manja od kvalitete ugljične kiseline, ali postaje mnogo bolja kada se oksidira. Kada se postigne kiselost pH, hemoglobin spaja vodikove ione, ispada da je već smanjena. Kada se ugljični dioksid očisti iz pluća, pH postaje lužnat. U ovom trenutku hemoglobin, koji je oksidiran, djeluje kao donor protona, uz pomoć kojeg se balansira acidobazna ravnoteža. Dakle, pufer, koji se sastoji od oksihemoglobina i njegove kalijeve soli, potiče oslobađanje ugljičnog dioksida iz tijela.
Ovaj sustav međuspremnika radivažnu ulogu u respiratornom procesu, jer obavlja transportnu funkciju prijenosa kisika do tkiva i unutarnjih organa i uklanjanja ugljičnog dioksida iz njih. Kiselinsko-bazna ravnoteža unutar eritrocita održava se na konstantnoj razini, dakle i u krvi.
Dakle, kada je krv zasićena kisikom, hemoglobin se pretvara u jaku kiselinu, a kada odustane od kisika, pretvara se u prilično slabu organsku kiselinu. Sustavi oksihemoglobina i hemoglobina su međusobno konvertibilni, postoje kao jedan.
Značajke bikarbonatnog pufera
Bikarbonatni pufer sustav je također moćan, ali i najkontroliraniji u tijelu. Na njega otpada oko deset posto ukupnog kapaciteta međuspremnika. Ima svestrana svojstva koja osiguravaju njegovu dvosmjernu učinkovitost. Ovaj pufer sadrži konjugirani kiselinsko-bazni par, koji se sastoji od molekula kao što su ugljična kiselina (izvor protona) i anion bikarbonat (akceptor protona).
Dakle, bikarbonatni puferski sustav potiče sustavni proces u kojem snažna kiselina ulazi u krvotok. Ovaj mehanizam veže kiselinu na bikarbonatne anione, tvoreći ugljičnu kiselinu i njezinu sol. Kada lužina uđe u krv, pufer se veže na ugljičnu kiselinu, tvoreći bikarbonatnu sol. Budući da u ljudskoj krvi ima više natrijevog bikarbonata nego ugljične kiseline, ovaj puferski kapacitet će imati visoku kiselost. Drugim riječima, ugljikovodični pufersustav (bikarbonat) vrlo dobro nadoknađuje tvari koje povećavaju kiselost krvi. To uključuje mliječnu kiselinu, čija koncentracija raste s intenzivnim fizičkim naporom, a ovaj pufer vrlo brzo reagira na promjene acidobazne ravnoteže u krvi.
Značajke fosfatnog pufera
Ljudski fosfatni puferski sustav zauzima blizu dva posto ukupnog puferskog kapaciteta, što je povezano sa sadržajem fosfata u krvi. Ovaj mehanizam održava pH u mokraći i tekućini koja se nalazi unutar stanica. Pufer se sastoji od anorganskih fosfata: jednobaznih (djeluje kao kiselina) i dvobaznih (djeluje kao lužina). Pri normalnom pH, omjer kiseline i baze je 1:4. S povećanjem broja vodikovih iona, fosfatni puferski sustav se veže na njih, tvoreći kiselinu. Ovaj mehanizam je kiseliji nego alkalni, tako da savršeno neutralizira kisele metabolite, poput mliječne kiseline, koji ulaze u ljudski krvotok.
Značajke proteinskog pufera
Proteinski pufer ne igra tako posebnu ulogu u stabilizaciji acidobazne ravnoteže, u usporedbi s drugim sustavima. Na njega otpada oko sedam posto ukupnog kapaciteta međuspremnika. Proteini se sastoje od molekula koje se spajaju u kiselo-bazne spojeve. U kiseloj sredini djeluju kao lužine koje vežu kiseline, u alkalnoj sve se događa obrnuto.
To dovodi do stvaranja proteinskog puferskog sustava, kojiprilično je učinkovit pri pH vrijednosti od 7,2 do 7,4 Velik udio proteina predstavljaju albumini i globulini. Budući da je naboj proteina nula, pri normalnom pH je u obliku lužine i soli. Ovaj kapacitet pufera ovisi o broju proteina, njihovoj strukturi i slobodnim protonima. Ovaj pufer može neutralizirati i kisele i alkalne produkte. Ali njegov kapacitet je više kiseli nego alkalni.
Obilježja eritrocita
Normalno, eritrociti imaju konstantan pH - 7, 25. Hidrokarbonatni i fosfatni puferi ovdje imaju učinak. Ali po snazi se razlikuju od onih u krvi. U eritrocitima proteinski pufer ima posebnu ulogu u opskrbi organa i tkiva kisikom, kao i uklanjanju ugljičnog dioksida iz njih. Osim toga, održava konstantnu pH vrijednost unutar eritrocita. Proteinski pufer u eritrocitima usko je povezan s bikarbonatnim sustavom, budući da je omjer kiseline i soli ovdje manji nego u krvi.
Primjer sustava međuspremnika
Otopine jakih kiselina i lužina, koje imaju slabe reakcije, imaju promjenjiv pH. Ali mješavina octene kiseline sa svojom soli zadržava stabilnu vrijednost. Čak i ako im dodate kiselinu ili lužinu, kiselinsko-bazna ravnoteža se neće promijeniti. Kao primjer, razmotrite acetatni pufer koji se sastoji od kiseline CH3COOH i njezine soli CH3COO. Ako dodate jaku kiselinu, tada će baza soli vezati H + ione i pretvoriti se u octenu kiselinu. Redukcija aniona soliuravnotežen povećanjem molekula kiseline. Kao rezultat toga, postoji mala promjena u omjeru kiseline i njezine soli, pa se pH mijenja prilično neprimjetno.
Mehanizam djelovanja tampon sustava
Kada kiseli ili alkalni proizvodi uđu u krvotok, pufer održava konstantnu pH vrijednost sve dok se dolazni proizvodi ne izluče ili koriste u metaboličkim procesima. U ljudskoj krvi postoje četiri pufera, od kojih se svaki sastoji od dva dijela: kiseline i njene soli, kao i jake lužine.
Učinak pufera nastaje zbog činjenice da veže i neutralizira ione koji dolaze sa sastavom koji mu odgovara. Budući da se u prirodi tijelo najviše susreće s nedovoljno oksidiranim metaboličkim proizvodima, svojstva pufera su više antikiselinska nego antialkalna.
Svaki sustav međuspremnika ima svoj vlastiti princip rada. Kada pH razina padne ispod 7,0, počinje njihova snažna aktivnost. Počinju vezati višak slobodnih vodikovih iona, tvoreći komplekse koji pokreću kisik. On se, pak, kreće u probavni sustav, pluća, kožu, bubrege i tako dalje. Takav transport kiselih i alkalnih proizvoda doprinosi njihovom istovaru i izlučivanju.
U ljudskom tijelu samo četiri puferska sustava igraju važnu ulogu u održavanju acido-bazne ravnoteže, ali postoje i drugi puferi, kao što je acetatni puferski sustav, koji ima slabu kiselinu (donor) i njezinu sol (akceptor). Sposobnost ovih mehanizamaoduprijeti se promjenama pH kada kiselina ili sol uđu u krv ograničena je. Oni održavaju kiselinsko-baznu ravnotežu samo kada se unese jaka kiselina ili lužina u određenoj količini. Ako se prekorači, pH će se dramatično promijeniti, puferski sustav će prestati funkcionirati.
Učinkovitost pufera
Puferi krvi i eritrocita imaju različitu učinkovitost. U potonjem je veći, jer ovdje postoji pufer za hemoglobin. Smanjenje broja iona događa se u smjeru od stanice do međustanične okoline, a zatim i do krvi. To sugerira da krv ima najveći puferski kapacitet, dok unutarstanični okoliš ima najmanji.
Kada se stanice metaboliziraju, pojavljuju se kiseline koje prelaze u intersticijsku tekućinu. To se događa što lakše, što se više njih pojavljuje u stanicama, budući da višak vodikovih iona povećava propusnost stanične membrane. Već znamo klasifikaciju međuspremnih sustava. U eritrocitima imaju učinkovitija svojstva, budući da tu još uvijek igraju ulogu kolagena vlakna koja bubrenjem reagiraju na nakupljanje kiseline, apsorbiraju je i oslobađaju eritrocite od vodikovih iona. Ova sposobnost je zbog svog svojstva apsorpcije.
Interakcija pufera u tijelu
Svi mehanizmi koji se nalaze u tijelu su međusobno povezani. Krvni puferi sastoje se od nekoliko sustava čiji je doprinos održavanju acidobazne ravnoteže različit. Kada krv uđe u pluća, ona prima kisik.vežući se na hemoglobin u crvenim krvnim stanicama, stvarajući oksihemoglobin (kiselina), koja održava pH razinu. Uz pomoć karboanhidraze dolazi do paralelnog pročišćavanja krvi pluća od ugljičnog dioksida koji je u eritrocitima predstavljen u obliku slabe dvobazne ugljične kiseline i karbaminohemoglobina, a u krvi - ugljičnog dioksida i vode.
Sa smanjenjem količine slabe dvobazne ugljične kiseline u eritrocitima ona iz krvi prodire u eritrocit, te se krv čisti od ugljičnog dioksida. Tako slaba dvobazna ugljična kiselina neprestano prelazi iz stanica u krv, a neaktivni kloridni anioni iz krvi ulaze u eritrocite kako bi zadržali neutralnost. Kao rezultat toga, crvene krvne stanice su kiselije od plazme. Svi puferski sustavi opravdani su omjerom darivatelja protona i akceptora (4:20), što je povezano s osobitostima metabolizma ljudskog tijela, koje stvara veći broj kiselih produkata nego lužnatih. Pokazatelj kapaciteta pufera kiseline je ovdje vrlo važan.
Procesi razmjene u tkivima
Acid-bazna ravnoteža održava se puferima i metaboličkim transformacijama u tjelesnim tkivima. Tome pomažu biokemijski i fizikalno-kemijski procesi. Oni doprinose gubitku kiselinsko-baznih svojstava metaboličkih proizvoda, njihovom vezanju, stvaranju novih spojeva koji se brzo izlučuju iz tijela. Na primjer, velika količina mliječne kiseline izlučuje se u glikogen, organske kiseline neutraliziraju natrijeve soli. Jakakiseline i lužine otapaju se u lipidima, a organske kiseline oksidiraju u ugljičnu kiselinu.
Tako je puferski sustav prvi pomoćnik u normalizaciji acidobazne ravnoteže u ljudskom tijelu. pH stabilnost neophodna je za normalno funkcioniranje bioloških molekula i struktura, organa i tkiva. U normalnim uvjetima, puferski procesi održavaju ravnotežu između uvođenja i uklanjanja iona vodika i ugljičnog dioksida, što pomaže u održavanju konstantne razine pH u krvi.
Ako dođe do kvara u radu puferskih sustava, tada osoba razvija patologije kao što su alkaloza ili acidoza. Svi puferski sustavi su međusobno povezani i usmjereni su na održavanje stabilne kiselinsko-bazne ravnoteže. Ljudsko tijelo neprestano proizvodi veliki broj kiselih proizvoda, što je ekvivalentno trideset litara jake kiseline.
Stalnost reakcija unutar tijela osiguravaju snažni puferi: fosfat, protein, hemoglobin i bikarbonat. Postoje i drugi puferni sustavi, ali oni su glavni i najnužniji za živi organizam. Bez njihove pomoći, osoba će razviti razne patologije koje mogu dovesti do kome ili smrti.
