Буферное действие. Буферные системы крови

«Буферное действие. Буферные системы крови. Понятие о кислотно-основном состоянии организма»

Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов – от морфологически самых простых до наиболее сложных – выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды.

Это относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.) организма человека и животных называется гомеостазом.

Этот процесс осуществляется преимущественно деятельностью лёгких и почек за счёт дыхательной и выделительной функции. В основе гомеостаза лежит сохранение кислотно-основного баланса, который поддерживается благодаря буферным растворам и системам.

Буферными растворами, называются растворы с определенной концентрацией водородных ионов, содержащие сопряженную кислотно-основную пару, обеспечивающую устойчивость величины их водородного показателя при незначительных изменениях концентрации либо при добавлении небольшого количества кислоты или щелочи.

Буферные растворы сохраняют устойчивость буферных свойств в определенном интервале значений рН, то есть обладают определенной буферной емкостью. За единицу буферной емкости условно принимают емкость такого буферного раствора, для изменения рН которого на единицу требуется добавить 1 моль сильной кислоты или сильной щелочи на 1 л раствора.

Буферные системы могут быть четырех типов:

1. Слабая кислота и ее анион  А- /НА: ацетатная буферная система, водород-карбонатная система 

2. Слабое основание и его катион  В/ВН+: аммиачная буферная система 

3. Анионы кислой и средней  соли или двух кислых солей: карбонатная буферная система , фосфатная буферная система 

4. Ионы и молекулы амфолитов: аминокислотные и белковые буферные системы

Бу́ферные систе́мы кро́ви  -физиологические системы и механизмы, обеспечивающие кислотно-основное равновесие в крови. Ониявляются «первой линией защиты», препятствующей резким перепадам pH внутренней среды живыхорганизмов.

Циркулирующая кровь представляет собой взвесь живых клеток в жидкой среде, химические свойствакоторой очень важны для их жизнедеятельности. У человека за норму принят диапазон колебаний pH крови7,37-

Кровь содержит 4 основные буферные системы. 
1. Гидрокарбонатная. На ее долю приходится 50% емкости. Она работает главным образом в плазме и играет центральную роль в транспорте СО2. 
2. Белковая. На ее долю приходится 7% емкости. 
3. Гемоглобиновая, на нее приходится 35% емкости. Она представлена гемоглобином и оксигемоглобином. 
4. Гидрофосфатная буферная система - 5% емкости.

 Гидрокарбонатная и гемоглобиновая  буферные системы выполняют 
центральную и чрезвычайно  важную роль в транспорте СО2 и установлении pH. В плазме крови pH 7,4. СО2 - продукт клеточного метаболизма, выделяющийся в кровь. Диффундирует через мембрану в эритроциты, где реагирует с водой с образованием Н2СО3.

Гидрокарбонатная буферная система

Является основным буфером плазмы крови и внеклеточной жидкости и составляет примерно 15% общей буферной ёмкости крови. Она представлена во внеклеточной среде угольной кислотой (Н2СОз) и гидрокарбонатом натрия (NaHCO3). Эта буферная система обеспечивает, с одной стороны, образование NaHC03, с другой — образование угольной кислоты. Углекислый газ удаляется лёгкими при выдохе, при этом сдвига рН не происходит. Гидрокарбонатный буферная систем — важный индикатор КОС.

Фосфатная буферная система

Представлена одно- и двузамещённым фосфорнокислым натрием (NaH2P04 и Na2HP04). Первое соединение ведёт себя как слабая кислота, второе — как слабое основание. Фосфаты выполняют буферную роль главным образом во внутриклеточной среде (особенно клеток канальцев почек) и поддерживают исходное состояние бикарбонатного буфера.

Белковая буферная система

Состоит из слабодиссоциирующего белка с кислым свойствами (белок-СООН) и белка в комплексе с сильными основаниями (белок-COONa). Эта буферная система также способствует предупреждению сдвига рН крови. Белковая буферная система выполняет роль внутриклеточной буферной системы. Обладая амфолитными свойствами, в кислой среде они ведут себя как основания, а в щелочной среде — как кислоты.

Гемоглобиновая буферная система

Наибольшую буферную емкость крови обеспечивает гемоглобиновая буферная система. Содержащаяся, в гемоглобине человека аминокислота гистидин (до 8,1%) имеет в своей структуре как кислые (СООН), так и основные (NH2) группы. Константа диссоциации у гемоглобина ниже, чем рН крови, поэтому гемоглобин диссоциирует как кислота.

Кислотно-основное состояние

КОС является одним из важнейших показателей гомеостаза - постоянства внутренней среды

организма. В силу своей общей распространённости и скудности серьёзных симптомов незначительных отклонений в КОС, нарушения кислотно-основного равновесия часто пропускаются и выявляются лишь специалистами-реаниматологами в далеко зашедших случаях, когда ситуация приближается к критической.

Механизмы регуляции КОС

Различают физико-химические и физиологические механизмы регуляции КОС в организме.

Физико-химические механизмы регуляции обусловлены буферными системами организма. Буферные свойства крови характеризует такой показатель, как ВВ (buffer base, буферные основания) - сумма оснований (анионов) всех буферных систем крови.В артериальной крови концентрация буферных оснований составляет примерно 48 ммоль/л (40-60 ммоль/л). Отклонение концентрации буферных оснований от нормального уровня (48 ммоль/л) называется избытком/дефицитом оснований (BE, base excess). Таким образом, в норме ВЕ по определению равен нулю.

Физиологические механизмы регуляции КОС в основном представлены дыхательными и почечными.

Нарушения КОС

Нарушения КОС могут быть компенсированные (рН удерживается в физиологических пределах), субкомпенсированные (незначительное изменение рН) и декомпенсированные (значительное изменение рН).

Понижение рН крови называют ацидозом, а повышение - алкалозом. Каждый из этих двух типов подразделяется ещё на несколько разновидностей в зависимости от причины сдвига рН. Если причина кроется в лёгких, то такое состояние называется респираторным ацидозом или алкалозом. Если вне лёгких - то нереспираторным (иногда просто метаболическим).

Нереспираторный ацидоз. Причины, приводящие к нереспираторному ацидозу.

1). Экзогенные

2). Метаболические

3). Почечные

4). Гастроинтестинальные

Нереспираторный алкалоз. Причины, приводящие к нереспираторному алкалозу

1). Экзогенные

2). Метаболические

3). Почечные

4). Гастроинтестинальные

Острый респираторный ацидоз (острая гиперкапния)

Причины: обструкция дыхательных путей, астматический статус, угнетение дыхательного центра

Хронический респираторный ацидоз (хроническая гиперкапния)

Причины: ХОБЛ, нарушения со стороны дыхательного центра, нервно-мышечные нарышения

Острый респираторный алкалоз (острая гипокапния)

Причины: гипоксия, возбуждение, боль, сепсис, печёночная недостаточность, нарушение ЦНС (инсульты, инфекция), легочные нарушения (инфекции), применение ЛВ (отравление салицилатами), беременность.

Хронический респираторный алкалоз (хроническая гипокапния)

Причины: высотная гипоксия, хроническая печёночная недостаточность, хронические болезни лёгких, травмы ЦНС, беременность.

В нашей жизни аналитическая химия имеет огромное значение, т.к. она тесным образом связана с нашей повседневной практикой. Буферные растворы играют жизненно важную роль, поддерживая приблизительно постоянное значение pH во многих химических реакциях, которые протекают в биологических и других системах. Знание буферных растворов и систем, и в том числе областей их применения, дает нам возможность разбираться во многих технологических и диагностических процессах. Невозможно представить организм человека без буферных систем, которые обеспечивают нормальную работу и функционирование организма. Поэтому сделаем вывод, что  изучение механизмов работы буферных систем является необходим знанием для современного врача.