Буферные системы живого организма

Организм человека поддерживает постоянство внутренней среды – гомеостаз. Кислотно-основной гомеостаз означает постоянное значение рН биологических жидкостей: плазма крови – 7,40,05; эритроциты – 7,25; желудочный сок – 0,91,1; поджелудочная железа – 7,57,8. Постоянное значение рН необходимо для функционирования ферментов и гормонов, которые проявляют активность только в узком интервале рН (пепсин рН 1, амилаза рН 6,7, трипсин 7,58), для поддержания осмотического гомеостаза, для обеспечения каталитического действия ионов Н⁺.

Особенно важно поддержание постоянства рН крови. Отклонение рН плазмы крови на 0,4 ед. может за собой летальный исход. Отклонение рН в кислотную область называют ацидозом, в щелочную –алкалозом.

Поддержание постоянного уровня рН в крови и тканевых жидкостях достигается с помощью регуляторных механизмов, включающих несколько буферных систем. Основными буферными системами крови являются следующие.

1. Гидрокарбонатная буферная система, характеризующаяся равновесием молекул слабой угольной кислоты с образующимися при ее диссоциации гидрокарбонат-ионами:

H₂CO₃=H⁺+HCO₃^-

В организме угольная кислота возникает в результате гидратации диокида углерода – продукта окисления углеводов, белков и жиров.

При ацидозе это равновесие смещается влево и избыток СО₂ через легкие выводится из организма. Ацидоз может быть вызван, например, образованием в мышцах избытка молочной кислоты при интенсивной физической нагрузке.

Ацидоз возникает также в душных помещениях при избытке в воздухе СО₂.

рН гидрокарбонатного буфера определяется уравнением:

рН = pK_a1(H₂CO₃) + lg

Для поддержания нормального значения рН плазмы крови 7,4, соотношение должно быть равно11,2. Так как концентрация гидрокарбонат-ионов в крови существенно выше, буферная емкость гидрокарбонатного буфера в крови по кислоте ( 40 ммоль/л) значительно больше, чем по щелочи (1-2ммоль/л).

1. Фосфатная буферная система характеризуется равновесием между гидрофосфат- и дигидрофосфат-ионами:

H₂PO₄^- = HPO₄^2- + H⁺

и обусловлена присутствием в основном неорганических фосфатов.

Эта буферная система играет важную роль в поддержании постоянства рН крови, особенно внутриклеточной жидкости эритроцитов. рН фосфатного буфера рассчитывается по формуле:

рН = pK_a2(H₃PO₄) + lg

и соотношение в плазме крови (рН 7,4) составляет 1,6.

Буферная емкость фосфатной буферной системы ниже, чем гидрокарбонатной: по кислоте – 1-2 ммоль/л, по щелочи – 0,5 ммоль/л.

3.Белковые буферные системы.

Основными белками крови являются гемоглобин, оксигемоглобин, альбумин. Значение изоэлектрической точки этих белков лежит в интервале 4,96,3, т.е. при физиологическом значении рН они представляют собой анионы, а их буферное действие обеспечивается существованием равновесия:

Это равновесие между ионами гемоглобина Hb^- и самим гемоглобином HHb, являющимся очень слабой кислотой (K_HHb = 6,310^-9, pK_HHb = 8,2), а также равновесие между ионами оксигемоглобина HbO₂^- и самим оксигемоглобином HhbO₂, который является несколько более сильной кислотой, чем гемоглобин (K_HHbO2 = 1,1210^-7, pK_HHbO2 = 6,95).

В эритроцитах белковая система гемоглобин-оксигемоглобин тесно связана с гидрокарбонатной буферной системой.

Мощность буферных систем плазмы крови уменьшается в направлении:

гидрокарбонатная (40 ммоль/л) > белковая (310 ммоль/л) > фосфатная (12ммоль/л)