Быстрая компенсация сдвигов рН Буферные системы

Буферные системы – это соединения, противодействующие резким изменениям концентрации ионов Н⁺, включающие кислотно-основные пары: слабое основание (анион, А^-) и слабая кислота (Н-А). Они вступают в действие моментально и через несколько минут их эффект достигает максимума возможного.

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

Бикарбонатная буферная система

Эта система состоит из бикарбонат-иона (НСО₃–) и угольной кислоты

(Н ₂СО3), 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 → Н₂СО₃+ 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.

При накоплении угольной кислоты в крови не происходит параллельного значимого увеличения концентрации НСО₃–, т.к. угольная кислота очень плохо диссоциирует.

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:

Н₂СО₃ → Н₂О + СО₂↑

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 HРO₄^2– 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.

HPO₄^2– + 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+ + HPO₄^2– + 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.