Буферные системы крови

Особенно большое значение буферные системы имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организма. Внутриклеточные и внеклеточные жидкости всех живых организмов, как правило, характеризуются постоянным значением рН, которое поддерживается с помощью различных буферных систем. Значение рН большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервале от 6,8 до 7,8.

Кислотно-основное равновесие в крови человека обеспечивается водородкарбонатной, фосфатной и белковой буферными системами.

Нормальное значение рН плазмы крови составляет 7,4±0,05. Этому соответствует интервал значений активной кислотности [H⁺] от 3,7 до 4,0х10^-8 моль/л. Так как в крови присутствуют различные электролиты - НСО₃^-, Н₂СО₃, Н₂РO₄^--, НРO₄^2--, белки, аминокислоты, это означает, что они диссоциируют в такой степени, чтобы активность а(Н⁺) находилась в указанном интервале.

ПЛАЗМА КРОВИ. Водородкарбонатная буферная система НСО₃^-/Н₂СО₃ состоит из угольной кислоты Н₂СО₃ и сопряженного основания НСО₃^-. Это наиболее важная буферная система крови. Ее особенность состоит в том, что один из компонентов -угольная кислота - образуется при взаимодействии растворенного в плазме СО₂ с водой:

СО₂(р) + H₂O  Н₂СО₃

Константа равновесия этой реакции:

[H₂CO₃]

К = 

[ СО₂]р

где [CO₂] p - концентрация растворенного CO₂. Между СО₂ в альвеолах и водородкарбонатным буфером в плазме крови, протекающей через капилляры легких, устанавливается цепочка равновесий:

+Н₂О

Атмосфера(1)  [ СО₂]г (2)  [ СО₂]р (3)  Н₂СО₃  Н⁺ + НСО₃^-

-Н₂О

воздушное пространство легких плазма крови

В соответствии с уравнением Гендерсона-Гассельбаха рН водородкарбонатного буферного раствора определяется отношением концентрации кислоты Н₂СО₃ и соли NaНСО₃: рН = рКа₁(Н₂СОз) + lg С(NаНСOз)/с(Н₂СОз )

Согласно цепочке равновесии содержание Н₂СОз определяется концентрацией растворенного CO₂ , которая по закону Генри пропорциональна парциальному давлению CO₂ в газовой фазе [СО₂]р = КГр (CO₂). В конечном счете оказывается, что с(H₂СОз) пропорциональна р(СО₂), и выражение принимает вид:

рН = 6,36 +lg с(NаНСОз) - lg р(СО₂), где 6,36 - отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации угольной кислоты рКа (Н₂СОз) с поправкой на константу Генри; р(СО₂) - пропорциональное давление CO₂ в альвеолярных легких.

Водороднокарбонатная буферная система действует как эффективный буфер в рН = 7,4. При поступлении в кровь кислоты - доноров Н⁺ равновесие 3 смещается влево по принципу Ле-Шателье в результате того что Н⁺ связываются с НСОз^- в молекулы Н₂СОз. При этом концентрация Н₂СОз повышается, а концентрация НСОз^- соответственно понижается. Повышение концентрации Н₂СОз в свою очередь приводит к смещению равновесия 2 влево. Это вызывает распад Н₂СОз и увеличения концентрации CO₂ , растворенного в плазме. В результате смещается равновесие 1 влево и давление CO₂ в легких растет. Избыток CO₂ выводится из организма. В результате описанных процессов водородкарбонатная система крови быстро приходит в равновесие с СО₂ в альвеолах и эффективно обеспечивает поддержание постоянства рН плазмы крови. Ее буферная емкость по кислоте составляет В_k = 40 ммоль/л плазмы крови, а буферная емкость по щелочи В_щ =1-2 ммоль/л плазмы крови.

Фосфатная буферная система HPО₄^2-/H₂PО₄^- состоит из слабой кислоты H₂PО₄^- и сопряженного основания НРО₄^2-. В основе ее действия лежит кислотно- основное равновесие:

Н₂РО₄^-  H⁺ + НР0₄^2-

Фосфатная буферная система способна сопротивляться изменению рН в интервале 6,2-8,2 т.е. обеспечивать значительную долю буферной емкости крови. Из уравнения Гендерсона-Гассельбаха для этой буферной системы следует, что в норме при 7,4 отношение концентрации соли (НРО₄^-2) и кислоты (H₂PО₄^-) примерно составляет 3,5:

рН = 7,4 = 6,86 +lg с(НР0₄^2-)/с(Н₂Р0₄^-), где 6,86 = рК_а(H₂PО₄^-)

Отсюда lg с(НР0₄^2-)/с(Н₂Р0₄^-) = 7,4 - 6,86 = 0,54 и c(HP0₄^2-)/c(H₂P0₄^-) = 3,5.

Фосфатная буферная система имеет более высокую емкость по кислоте, чем по щелочи. Вк=1-2 ммоль/л, Вщ=0,5 ммоль/л. Поэтому фосфатная система участвует в нейтрализации как кислых так основных продуктов метаболизма. В связи с малым содержанием фосфатов в плазме крови она менее мощная, чем водороднокарбонатная буферная система.

Белковая буферная система состоит из «белка-соли» и «белка-основания». Соответствующие кислотно-основное равновесие в среде, близких к нейтральным, смещено влево и «белка-основания» преобладает.

R - CH - COO^- + H⁺  R - CH - COO^-

 

NH₂ NH₃⁺

белок основание белок соль

Основную часть белка плазмы крови (90%) составляют альбумины и глобулины. Буферная емкость, определяется белками плазмы, зависит от концентрации белков, их вторичной и третичной структуры и числа свободных протон акцепторных групп. Эта система может нейтрализовать как основные так и кислые продукты. Однако в следствии преобладания форм «белок-основание» ее буферная емкость значительно выше по кислоте и составляет для альбуминов Вк=10 ммоль/л, для глобулинов Вк=3 ммоль/л.

Буферная емкость аминокислот плазмы крови незначительна как по кислоте, так и по щелочи. Это связанно с тем, что почти все аминокислоты имеют значение рКа, очень далекое от рКа=7. Поэтому при физиологическом значении их мощность мала. Практически только одна аминокислота-гистидин (рКа=6) обладает значительным буферным действием, при значениях близких к рН плазмы крови.

Таким образом, мощность буферных систем плазмы крови уменьшается в направлении