Қышқыл-негіз балансы адам ағзасының қалыпты жұмыс істеуінде үлкен рөл атқарады. Денеде айналатын қан сұйық ортада орналасқан тірі жасушалардың қоспасы. Қандағы рН деңгейін бақылайтын бірінші қауіпсіздік элементі буферлік жүйе болып табылады. Бұл рН төмендеуінің алдын алу арқылы қышқыл-негіз тепе-теңдігінің параметрлерін сақтауды қамтамасыз ететін физиологиялық механизм. Бұл не және оның қандай сорттары бар, біз төменде білеміз.
Сипаттамасы
Буферлік жүйе – бірегей механизм. Адам ағзасында олардың бірнешеуі бар және олардың барлығы плазма мен қан жасушаларынан тұрады. Буферлер – отыз секунд ішінде рН ауысуын бұзатын, H+ және OH- байланыстыратын немесе беретін негіздер (белоктар мен бейорганикалық қосылыстар). Буфердің қышқыл-негіз тепе-теңдігін сақтау қабілеті оның құрамындағы элементтердің санына байланысты.
Қан буферлерінің түрлері
Үздіксіз қозғалатын қан – тірі жасушалар,сұйық ортада болатын. Қалыпты рН 7, 37-7, 44. Иондардың байланысуы белгілі буфермен жүреді, буферлік жүйелердің классификациясы төменде келтірілген. Оның өзі плазма мен қан жасушаларынан тұрады және фосфат, ақуыз, бикарбонат немесе гемоглобин болуы мүмкін. Барлық осы жүйелердің әрекет ету механизмі өте қарапайым. Олардың қызметі қандағы иондардың деңгейін реттеуге бағытталған.
Гемоглобин буферінің ерекшеліктері
Гемоглобинді буферлік жүйе бәрінен де күшті, ол тіндердің капиллярларындағы сілті және өкпе сияқты ішкі ағзадағы қышқыл. Ол жалпы буферлік сыйымдылықтың жетпіс бес пайызын құрайды. Бұл механизм адам қанында болатын көптеген процестерге қатысады және оның құрамында глобин бар. Гемоглобин буфері басқа түрге (оксигемоглобин) ауысқанда, бұл пішін өзгереді және белсенді заттың қышқылдық қасиеттері де өзгереді.
Төмендеген гемоглобиннің сапасы көмір қышқылына қарағанда төмен, бірақ ол тотыққанда әлдеқайда жақсырақ болады. РН-ның қышқылдығы алынғанда, гемоглобин сутегі иондарын біріктіреді, ол қазірдің өзінде төмендейді. Көмірқышқыл газы өкпеден тазартылған кезде рН сілтілі болады. Бұл кезде тотыққан гемоглобин протон доноры қызметін атқарады, оның көмегімен қышқыл-негіз балансы теңестіріледі. Сонымен, оксигемоглобин мен оның калий тұзынан тұратын буфер ағзадан көмірқышқыл газының бөлінуіне ықпал етеді.
Бұл буферлік жүйе орындайдытыныс алу процесінде маңызды рөл атқарады, өйткені ол оттегін тіндерге және ішкі органдарға беру және олардан көмірқышқыл газын шығарудың тасымалдау функциясын орындайды. Эритроциттердің ішіндегі қышқыл-негіз тепе-теңдігі тұрақты деңгейде сақталады, демек, қанда да.
Осылайша, қан оттегімен қаныққанда гемоглобин күшті қышқылға, ал оттегінен бас тартқанда айтарлықтай әлсіз органикалық қышқылға айналады. Оксигемоглобин мен гемоглобин жүйелері бір-біріне айналады, олар бір күйде болады.
Бикарбонатты буфердің ерекшеліктері
Бикарбонатты буфер жүйесі де күшті, бірақ сонымен бірге денедегі ең бақыланатын жүйе. Ол жалпы буферлік сыйымдылықтың шамамен он пайызын құрайды. Оның екі жақты тиімділігін қамтамасыз ететін жан-жақты қасиеттері бар. Бұл буфер құрамында көмір қышқылы (протон көзі) және аниондық бикарбонат (протон қабылдағыш) сияқты молекулалардан тұратын конъюгацияланған қышқыл-негіз жұбы бар.
Осылайша, бикарбонатты буферлік жүйе күшті қышқылдың қанға түсетін жүйелі процеске ықпал етеді. Бұл механизм қышқылды бикарбонатты аниондармен байланыстырып, көмір қышқылын және оның тұзын түзеді. Сілті қанға түскенде буфер көмір қышқылымен байланысып, бикарбонатты тұз түзеді. Адам қанында көмір қышқылына қарағанда натрий бикарбонаты көп болғандықтан, бұл буферлік сыйымдылық жоғары қышқылдыққа ие болады. Басқаша айтқанда, көмірсутекті буфержүйе (бикарбонат) қанның қышқылдығын арттыратын заттарды өте жақсы өтейді. Оларға сүт қышқылы жатады, оның концентрациясы қарқынды физикалық күш түскенде артады және бұл буфер қандағы қышқыл-негіз балансының өзгеруіне өте тез әсер етеді.
Фосфатты буфердің ерекшеліктері
Адамның фосфатты буферлік жүйесі жалпы буферлік сыйымдылықтың екі пайызға жуығын алады, бұл қандағы фосфаттардың мазмұнына байланысты. Бұл механизм зәрдегі рН деңгейін және жасушалардың ішіндегі сұйықтықты сақтайды. Буфер бейорганикалық фосфаттардан тұрады: бір негізді (қышқыл ретінде әрекет етеді) және екі негізді (сілті ретінде әрекет етеді). Қалыпты рН кезінде қышқылдың негізге қатынасы 1:4 құрайды. Сутегі иондарының санының көбеюімен фосфатты буферлік жүйе олармен байланысып, қышқыл түзеді. Бұл механизм сілтіліге қарағанда қышқылдырақ, сондықтан ол адам қанына түсетін сүт қышқылы сияқты қышқыл метаболиттерді тамаша бейтараптандырады.
Белок буферінің ерекшеліктері
Протеиндік буфер басқа жүйелермен салыстырғанда қышқыл-негіз тепе-теңдігін тұрақтандыруда мұндай ерекше рөл атқармайды. Ол жалпы буферлік сыйымдылықтың шамамен жеті пайызын құрайды. Белоктар қышқыл-негіз қосылыстарын түзетін молекулалардан тұрады. Қышқыл ортада олар қышқылдарды байланыстыратын сілтілер ретінде әрекет етеді, сілтілі ортада бәрі керісінше болады.
Бұл белок буферлік жүйенің түзілуіне әкеледі, олол рН 7,2-ден 7,4-ке дейінгі мәнде өте тиімді. Белоктардың көп бөлігі альбуминдер мен глобулиндерден тұрады. Ақуыз заряды нөлге тең болғандықтан, қалыпты рН кезінде ол сілті және тұз түрінде болады. Бұл буферлік сыйымдылық белоктардың санына, олардың құрылымына және бос протондарға байланысты. Бұл буфер қышқылды да, сілтілі де өнімдерді бейтараптай алады. Бірақ оның сыйымдылығы сілтіліге қарағанда қышқыл.
Эритроциттердің ерекшеліктері
Әдетте эритроциттер тұрақты рН – 7, 25. Бұл жерде гидрокарбонатты және фосфатты буферлер әсер етеді. Бірақ күші жағынан олар қандағылардан ерекшеленеді. Эритроциттерде ағзалар мен ұлпаларды оттегімен қамтамасыз етуде, сондай-ақ олардан көмірқышқыл газын шығаруда белок буфері ерекше рөл атқарады. Сонымен қатар, ол эритроциттердің ішінде тұрақты рН мәнін сақтайды. Эритроциттердегі ақуыз буфері бикарбонаттар жүйесімен тығыз байланысты, өйткені мұндағы қышқыл мен тұздың арақатынасы қандағыдан аз.
Буферлік жүйе мысалы
Әлсіз реакциялары бар күшті қышқылдар мен сілтілердің ерітінділерінің рН өзгермелі болады. Бірақ сірке қышқылының оның тұзымен қоспасы тұрақты мәнді сақтайды. Оларға қышқыл немесе сілті қоссаңыз да, қышқыл-негіз балансы өзгермейді. Мысал ретінде CH3COOH қышқылынан және оның CH3COO тұзынан тұратын ацетат буферін қарастырайық. Егер сіз күшті қышқыл қоссаңыз, онда тұздың негізі H + иондарын байланыстырады және сірке қышқылына айналады. Тұз анионының тотықсыздануықышқыл молекулаларының көбеюімен теңестіріледі. Нәтижесінде қышқылдың оның тұзына қатынасы аздап өзгереді, сондықтан рН айтарлықтай өзгереді.
Буферлік жүйелердің әрекет ету механизмі
Қышқыл немесе сілтілі өнімдер қанға түскенде, буфер кіретін өнімдер шығарылғанша немесе метаболизм процестерінде пайдаланылғанша тұрақты рН мәнін сақтайды. Адам қанында төрт буфер бар, олардың әрқайсысы екі бөліктен тұрады: қышқыл және оның тұзы, сондай-ақ күшті сілті.
Буфердің әсері оған сәйкес құраммен бірге келетін иондарды байланыстыратын және бейтараптандыратынына байланысты. Табиғатта организм тотықсызданған метаболизм өнімдерімен жиі кездесетіндіктен, буфердің қасиеттері сілтіне қарсы қарағанда қышқылға қарсы.
Әр буферлік жүйенің өзіндік жұмыс принципі бар. РН деңгейі 7,0-ден төмен түссе, олардың белсенді белсенділігі басталады. Олар артық бос сутегі иондарын байланыстыра бастайды, оттегін жылжытатын кешендерді құрайды. Ол өз кезегінде ас қорыту жүйесіне, өкпеге, теріге, бүйрекке және т.б. Қышқылды және сілтілі өнімдерді мұндай тасымалдау олардың түсірілуіне және шығарылуына ықпал етеді.
Адам ағзасында қышқыл-негіз тепе-теңдігін сақтауда тек төрт буферлік жүйе маңызды рөл атқарады, бірақ әлсіз қышқыл (донор) және оның тұзы бар ацетатты буферлік жүйе сияқты басқа да буферлер бар. қабылдаушы). Бұл механизмдердің қабілетіқышқыл немесе тұз қанға түскен кезде рН өзгеруіне қарсы тұру шектелген. Олар күшті қышқыл немесе сілті белгілі бір мөлшерде берілгенде ғана қышқыл-негіз тепе-теңдігін сақтайды. Ол асып кетсе, рН күрт өзгереді, буферлік жүйе жұмысын тоқтатады.
Буферлердің тиімділігі
Қан мен эритроциттердің буферлерінің тиімділігі әртүрлі. Соңғысында ол жоғарырақ, өйткені мұнда гемоглобин буфері бар. Иондар санының азаюы жасушадан жасушааралық ортаға, содан кейін қанға қарай жүреді. Бұл қанның буферлік сыйымдылығы ең үлкен, ал жасушаішілік ортада ең аз екенін көрсетеді.
Жасушалар метаболизденгенде интерстициальды сұйықтыққа өтетін қышқылдар пайда болады. Бұл оңайырақ болады, олардың жасушаларда көбірек пайда болуы, өйткені сутегі иондарының артық болуы жасуша мембранасының өткізгіштігін арттырады. Біз буферлік жүйелердің классификациясын бұрыннан білеміз. Эритроциттерде олардың тиімді қасиеттері бар, өйткені мұнда әлі де коллаген талшықтары рөл атқарады, олар қышқылдың жиналуына ісіну арқылы әрекет етеді, олар оны сіңіреді және сутегі иондарынан эритроциттерді босатады. Бұл қабілет оның сіңіру қасиетіне байланысты.
Ағзадағы буферлердің әрекеттесуі
Ағзадағы барлық механизмдер бір-бірімен байланысты. Қан буферлері бірнеше жүйеден тұрады, олардың қышқыл-негіз тепе-теңдігін сақтаудағы үлесі әртүрлі. Қан өкпеге енген кезде ол оттегін алады.эритроциттердегі гемоглобинмен байланысу арқылы рН деңгейін ұстап тұратын оксигемоглобин (қышқыл) түзеді. Көміртегі ангидразасының көмегімен өкпе қанының көмірқышқыл газынан параллельді тазартылуы жүреді, ол эритроциттерде әлсіз екі негізді көмір қышқылы және карбаминогемоглобин, ал қанда көмірқышқыл газы мен су түрінде болады.
Эритроциттердегі әлсіз екі негізді көмір қышқылының мөлшері азайған кезде ол қаннан эритроцитке еніп, қан көмірқышқыл газынан тазартылады. Осылайша, әлсіз екі негізді көмір қышқылы жасушалардан үнемі қанға өтеді, ал белсенді емес хлорид аниондары бейтараптылықты сақтау үшін қандағы эритроциттерге түседі. Нәтижесінде қызыл қан жасушалары плазмаға қарағанда қышқылдырақ болады. Барлық буферлік жүйелер протон-донор-акцепторлық қатынасымен (4:20) негізделеді, бұл адам ағзасының зат алмасуының ерекшеліктерімен байланысты, сілтілілерге қарағанда қышқылдық өнімдердің көп мөлшерін құрайды. Бұл жерде қышқыл буферінің сыйымдылығының көрсеткіші өте маңызды.
Ұлпалардағы алмасу процестері
Қышқылдық-негіздік тепе-теңдік буферлер мен дене тіндеріндегі метаболикалық өзгерістер арқылы сақталады. Бұған биохимиялық және физика-химиялық процестер көмектеседі. Олар метаболизм өнімдерінің қышқылдық-негіздік қасиеттерін жоғалтуға, олардың байланысуына, организмнен тез шығарылатын жаңа қосылыстардың пайда болуына ықпал етеді. Мысалы, сүт қышқылының көп мөлшері гликогенге бөлінеді, органикалық қышқылдар натрий тұздарымен бейтараптандырылады. Күштіқышқылдар мен сілтілер липидтерде ериді, ал органикалық қышқылдар тотығады және көмір қышқылын түзеді.
Осылайша, буферлік жүйе адам ағзасындағы қышқылдық-негіздік тепе-теңдікті қалыпқа келтірудегі бірінші көмекші болып табылады. рН тұрақтылығы биологиялық молекулалар мен құрылымдардың, органдар мен тіндердің қалыпты жұмыс істеуі үшін қажет. Қалыпты жағдайда буферлік процестер сутегі мен көмірқышқыл газы иондарын енгізу және жою арасындағы тепе-теңдікті сақтайды, бұл қандағы тұрақты рН деңгейін сақтауға көмектеседі.
Егер буферлік жүйелер жұмысында ақау болса, онда адамда алкалоз немесе ацидоз сияқты патологиялар дамиды. Барлық буферлік жүйелер өзара байланысты және тұрақты қышқыл-негіз тепе-теңдігін сақтауға бағытталған. Адам ағзасы үнемі қышқылдық өнімдердің көп мөлшерін шығарады, бұл отыз литр күшті қышқылға тең.
Ағзадағы реакциялардың тұрақтылығын күшті буферлер қамтамасыз етеді: фосфат, ақуыз, гемоглобин және бикарбонат. Басқа да буферлік жүйелер бар, бірақ бұлар тірі организм үшін негізгі және ең қажетті. Олардың көмегінсіз адам комаға немесе өлімге әкелетін әртүрлі патологияларды дамытады.
