Основні буферні системи крові

Один з головних параметрів гомеостазу людського організму, норми коливання якого лежать в дуже малих межах - це рН крові. Буферні системи крові моментально реагують на зміни цього показника, повертаючи його до норми. Це взаємодія дає можливість підтримувати динамічну рівновагу організму нарівні з такими системами регуляції, як, наприклад, терморегуляція.




Розглянемо докладніше буферні системи крові та механізм їх дії.

Що визначає рівень рН?

Такий загальновідомий показник рідких середовищ, як рН, званий також кислотно-лужним балансом, є головним регулюючим кров параметром. Кров, як і будь-яка рідина, що містить вільні водневі іони:

H – кислі іони, що обумовлюють низький рН з кислою реакцією;

OH – лужні іони, що обумовлюють високу рН з лужною реакцією.

Вода є прикладом нейтральної реакції з рН рівним 70.

Норми рН крові

Плазма здорової людської крові дає слаболужну реакцію в середньому з рН 74. Організм реагує на найменші коливання рН, які в нормі повинні бути в межах від 735 до 745. Такі вузькі межі говорять про те, наскільки життєво важливий цей кров'яний датчик. Розрив у показниках норми пов'язаний лише з тим, що венозна і артеріальна кров мають різний pH. Показники знижуються у венозній крові, яка насичена продуктами клітинного обміну, мають кислу реакцію. Тому венозна кров має низький водневий показник в порівнянні з артеріальною.




Поряд з вищесказаним слід відзначити, що саме водневий показник крові - один з найбільш стабільних в організмі людини. Зсув рН в меншу сторону (кислотну) призводить до ацидозу, у велику (лужне) – до алкалозу. Це дуже небезпечні для життя стану, оскільки, згідно з даними досліджень, критичний для підтримки життєдіяльності зрушення рН становить всього 04. Вся суть в тому, що ферменти організму чутливі до рН і проявляють активність лише в певному середовищі. Тому кров підтримує оптимальні рівні водневого балансу у всіх тканинах, забезпечуючи правильний рівень метаболізму. Розлад кислотно-лужної рівноваги крові виводить з рівноваги всі системи організму.

Рівні рН інших систем організму

В інших системах організму може бути зовсім інша норма водневого показника.

Найбільш кисле середовище у шлунку: рН в межах 15-18. Це обумовлено соляною кислотою, необхідної для перетравлення їжі.

Середні показники у жовчного міхура і кишечника: рН близько 50.

Організм — це одна велика система, складові якої взаємодіють між собою. Тому рН крові на певному рівні підтримують не тільки буферні системи крові, але і багато інших процеси організму. Логічно, що навіть споживання білкової або рослинної їжі по-різному впливає на кров'яний кислотно-лужний баланс. Так, більшість рослинних харчових продуктів має защелачивающие властивості, а м'ясо - речовини.

Буферні системи на сторожі рівня рН

Головними «фахівцями», регулюють рівень водневого балансу, є так звані буферні системи крові, біохімія яких особливим чином впливає на рівень рН. Серед них можна виділити дві основні групи – білки і неорганічні сполуки. Багато з них працюють подібно терезам, врівноважуючи кислотно-лужний баланс крові завдяки унікальним хімічним сполукам і двояким властивостей білкових молекул. Останні здатні змінювати свою поведінку в залежності від pH середовища. Основні буферні системи крові:

білкова;

гемоглобиновая;

бікарбонатна;

фосфатна.

Механізм дії буферних систем

Сам принцип роботи буферних систем дуже простий, його суть полягає в тому, щоб регулювати кількість вільних іонів, пов'язуючи їх завдяки певному буферу. Буферні системи плазми крові – це білки, які відіграють головну роль, і неорганічні з'єднання. Якщо рН крові падає до 70 (при нормі в 74), то буферні системи крові починають активну роботу. Пов'язуючи надлишок вільних іонів водню, утворюючи буферні комплекси, вони переміщаються по кровоносній системі і виробляють вивантаження в легенях, нирках, шкірі, травних органах і т. д. Цей буферний експрес виробляє розвантаження і виведення надлишку кислих і лужних продуктів.

Гемоглобиновий і білковий буфер

Найбільш сильне дію має гемоглобиновая система , яка в капілярах тканин виконує роль лугу, а в легенях, віддавши вуглекислий газ, роль кислоти. Гемоглобиновая буферна система крові складається з вільного, відновленого і окисленого гемоглобіну, а також карбоксигемоглобіну. Цей буфер бере на себе левову частку всіх буферних процесів в крові. Суть дії гемоглобіну як буфера полягає в його глобиновой складової. Вона змінює свої властивості при переході з однієї форми гемоглобіну в іншу, при цьому змінюючи свої кислотні властивості. Відновлений гемоглобін слабкіше, ніж вугільна кислота, тоді як окислений – сильніше. Коли рН крові стає кислим, то вільний гемоглобін пов'язує Н-іони, утворюючи відновлений гемоглобін. Коли в легенях кров фільтрується від вуглекислого газу, рН крові знову стає лужним, а окислений гемоглобін стає протонним донором, стабілізуючи кислотно-лужний баланс від зсуву до олужненню. Білкова система працює завдяки особливим властивостями плазмових білків – амфотерності. Кисле середовище змушує білок вести себе як луг, а лужна – як кислота.

Неорганічні буферні системи

Бікарбонатна буферна система крові має хімічна властивість, яка робить її двосторонньо ефективною. Складається вона з детермінованого співвідношення молекул вугільної кислоти і бікарбонат-аніону. Система включається в регуляторний процес тільки тоді, коли в кров надійшла кислота сильніша, ніж вугільна. Тоді ця кислота зв'язується з бікарбонат-аніонами, перетворюючись в сіль і вугільну кислоту. При надходженні в кров лугу відбувається зв'язування з вугільною кислотою, що утворюється бікарбонатна сіль. Фосфатна буферна система являє собою комбінацію дигідрофосфату натрію та гідрофосфату натрію. Дигідрофосфат виявляє властивості слабкої кислоти, а гідрофосфат - луги. Система працює подібно бікарбонатної.

Місце вивантаження буфера — легкі

В легких, як відомо, відбувається віддача вуглекислого газу, що самим прямим чином впливає на pH крові в бік ощелачіванія. Крім того, збільшений тиск кисню і низький тиск вуглекислого газу виштовхує ці водневі іони з крові в повітря, що видихається. Вільні буферні системи повернуться в кровотік. За допомогою почастішання дихання цей процес може проходити набагато швидше. Щоб відрегулювати кров'яний рН в легенях, потрібно всього близько 2-3 хвилин. Якщо порівняти з процесами регулювання цього показника в нирках, то це практично блискавично, нирках потрібно багато години.

Місце вивантаження буфера — нирки

Крім легенів, буфери плазми можуть розвантажуватися в нирках за рахунок дуже кислої реакції рН, що дорівнює 45. У сечі концентрація Н-іонів у 800 разів більше, ніж у крові. Тепер можна тільки уявити, як повинен активно функціонувати епітелій ниркових канальців, щоб переганяти ці водневі іони з завантажених плазмових буферів в сечу. Одночасно відбувається протилежний процес повернення ОН-іонів із сечі в кров шляхом зворотного всмоктування.

Шкіра, кишечник і інші шляхи регуляції рН

Крім легеневого і ниркового механізму, рівновага балансу рН підтримують потові залози, які утилізують кислі речовини. Кишечник з його лужним середовищем також бере активну участь в цій саморегуляції, пов'язуючи вільні кислі водневі іони. Є маса інших способів регуляції цієї рівноваги (наприклад, при фізичному навантаженні). Під час тренування або фізичного праці виробляється величезна кількість молочної кислоти. Але кров при цьому не стає критично кислої, оскільки м'язові артеріоли моментально реагують розширенням. Приплив крові стає більше, а разом з цим збільшується концентрація буферних систем, готових до зв'язування зайвих кислот. Таким же чином цей механізм працює в будь-яких інших органах.

Буферні системи крові: черговий режим

Всі описані елементи – це найпростіші рівні саморегуляторной діяльності організму. Можна сказати, що це нижчі рівні, призначені для регулювання рН в черговому режимі. А що якщо ці ланки саморегуляції не справляються і рівень рН починає доходити до критичних значень - 07-78? Тоді настає час включення інших елементів, більш високого рівня.

SOS-заходи регулювання рН

При небезпечних для життя показниках, які отримує відділ головного мозку, що відповідає за дихання, включаються «пожежні заходи». Дихання стає частим і глибоким, посилюючи скидання надлишку вуглекислого газу і вільних водневих іонів. Потові залози та залози внутрішньої секреції значно посилюють свою роботу. В результаті швидкість обмінних процесів в організмі зростає. Крім того, існують особливі гормони, які викидаються в кров, будучи сильними каталізаторами, що підсилюють роботу ферментів. Ниркові канальці починають активніше обмінюватися іонами водню з плазмою. Одним словом, весь організм переходить у стан роботи в режимі авралу, що в підсумку приводить всі системи в рівновагу.

Головне — баланс

Організм - унікальна саморегулююча система, здатна повертати себе до стану норми величезною різноманітністю способів. Потрібно розуміти, що самі буферні системи крові, функції, які вони несуть, і процеси підтримки рН надзвичайно важливі. Як і будь які інші, вони можуть постійно працювати у "пожежному" режимі. Тому людина зобов'язана правильно і різноманітно харчуватися. Існують спеціальні таблиці з показниками впливу різних груп продуктів на кислотно-лужний баланс. Не варто захоплюватися новими ідеями про защелачивании крові шляхом вживання лише визначених продуктів. Головне - збалансованість харчування, помірні фізичні навантаження і велике споживання чистої води. Це допоможе буферних систем організму працювати більш ефективно та злагоджено, а крові - бути здоровою.