Быстрая компенсация сдвигов рН

 

Быстрая, т.е. повседневная компенсация сдвигов рН осуществляется за счет т.наз. буферных систем крови.

 

Буферные системы – это соединения, противодействующие резким изменениям концентрации ионов Н+.

Буферные системы вступают в действие практически моментально, и через несколько минут их эффект достигает максимума возможного.

 

Существует несколько буферных систем организма – бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая.

 

 

Бикарбонатная буферная система

 

Эта система состоит из бикарбонат-иона (НСО3–) и угольной кислоты (Н2СО3), буферная мощность составляет 65% от общей буферной емкости крови.

В норме отношение HCO3– к H2CO3 равно 20: 1.

Работа этой системы неразрывно и тесно связана с легкими.

 

При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, ионы бикарбоната натрия взаимодействуют с ней, происходит реакция обмена и образуется соответствующая соль и угольная кислота.

В результате, благодаря связыванию введенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.

 

NaНСО3 + Н-Анион > H2CO3 + Na+ + Анион–

 

При поступлении оснований они реагируют с угольной кислотой и образуют соли бикарбонатов:

 

H2CO3 + Катион-ОН > Катион+ + HCO3– + Н2О

 

Возникающий при этом дефицит угольной кислоты компенсируется уменьшением выделения CO2 легкими (и в этот момент мы сами не замечаем как задерживаем дыхание на какое-то время. А еще лучше в этом плане работает регулярная практика задержки дыхания в пранаяме - кумбхака. ALG)

 

При накоплении угольной кислоты в крови не происходит параллельного значимого увеличения концентрации H2CO3-, т.к. угольная кислота очень плохо диссоциирует (к вопросу о безопасности практики кумбхаки в параняме. Как только дыхание восстанавливается, излишек угольной кислоты тут же удаляется. ALG)

 

Благодаря работе бикарбонатного буфера концентрация водородных ионов понижается по двум причинам:

 

• угольная кислота является очень слабой кислотой и плохо диссоциирует

 

• в крови легких благодаря присутствию в эритроцитах фермента карбоангидразы, угольная кислота быстро расщепляется с образованием CO2, удаляемого с выдыхаемым воздухом:

 

H2CO3> Н2О + СО2^

 

(и тоже, получается, сто очков в плюс к дыхательной практике, ведь если легкие работают не на полный объем - как это у нас столь распространено - СО2 выделяется не в полном объеме, и эффективность работы этого важнейшего буфера существенно снижается. ALG)

 

Кроме эритроцитов, значительная активность карбоангидразы отмечена в эпителии почечных канальцев, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников и клетках печени, в незначительных количествах – в центральной нервной системе, поджелудочной железе и других органах.

 

Фосфатная буферная система

 

Фосфатная буферная система составляет около 1-2% от всей буферной емкости крови и до 50% буферной емкости мочи.

Она образована дигидрофосфатом (NaH2PO4) и гидрофосфатом (Na2HPO4) натрия.

 

Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, второе обладает щелочными свойствами.

В норме отношение HРO42– к H2РO4– равно 4: 1.

При взаимодействии кислот (ионов водорода) с двузамещенным фосфатом натрия (Na2HPO4) натрий вытесняется, образуется натриевая соль дигидрофосфата (H2PO4–). В результате, благодаря связыванию введенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.

 

HPO42– + Н-Анион > H2PO4– + Анион–

 

При поступлении оснований избыток ОН– групп нейтрализуется имеющимися в среде Н+, а расход ионов Н+ восполняется повышением диссоциации NaH2PO4.

 

H2PO4– + Катион-ОН > Катион+ + HPO42– + Н2О

 

Основное значение фосфатный буфер имеет для регуляции pH интерстициальной жидкости и мочи.

В моче роль его состоит в сбережении бикарбоната натрия за счет дополнительного иона водорода (по сравнению с NaHCO3) в составе выводимого NaH2PO4:

 

Na2HPO4 + Н2СО3 > NaH2PO4 + NaНСО3

 

Кислотно-основная реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата, т.к. бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется.

 

Белковая буферная система

 

Буферная мощность этой системы составляет 5% от общей буферной емкости крови.

 

Белки плазмы, в первую очередь альбумин, играют роль буфера благодаря своим амфотерным свойствам.

В кислой среде подавляется диссоциация СООН-групп, а группы NH2 связывают избыток Н+, при этом белок заряжается положительно.

В щелочной среде усиливается диссоциация карбоксильных групп, образующиеся Н+ связывают избыток ОН–-ионов и pH сохраняется, белки выступают как кислоты и заряжаются отрицательно.

 

 

Гемоглобиновая буферная система

 

Наибольшей мощностью обладает гемоглобиновый буфер, который можно рассматривать как часть белкового. На него приходится до 30% всей буферной емкости крови.

В буферной системе гемоглобина существенную роль играет гистидин, который содержится в белке в большом количестве.

Изоэлектрическая точка гистидина равна 7,6, что позволяет гемоглобину легко принимать и легко отдавать ионы водорода при малейших сдвигах физиологической рН крови (в норме 7,35-7,45).

Данный буфер представлен несколькими подсистемами:

 

Пара ННb/ННbО2 является основной в работе гемоглобинового буфера.

Соединение ННbО2 является более сильной кислотой по сравнению с угольной кислотой, HHb - более слабая кислота, чем угольная. Установлено, что ННbО2 в 80 раз легче отдает ионы водорода, чем ННb.

 

Присоединение ионов водорода к остатку гистидина дезоксигемоглобина выглядит так:

 

Работа гемоглобинового буфера неразрывно связана с дыхательной системой (к вопросу о значении пранаямы! - ALG)

 

В легких после удаления СО2 (угольной кислоты) происходит защелачивание крови.

 

При этом присоединение О2 к дезоксигемоглобину H-Hb образует кислоту ННbО2 более сильную, чем угольная. Она отдает свои ионы Н+ в среду, предотвращая повышение рН:

 

Н-Hb + O2 > [H-HbO2] > НbO2 + Н+

 

В капиллярах тканей постоянное поступление кислот (в том числе и угольной) из клеток приводит к диссоциации оксигемоглобина НbO2 (Эффект Бора) и связыванию ионов Н+ в виде Н-Hb:

 

НbO2+ Н+ > [H-HbO2] > Н-Hb + O2