Начало Медицинска енциклопедия Физиология Физиология на бъбреците Регулация на алкално-киселинното равновесие Буферни системи

Буферни системи

Буферни системи - изображение

Поддържането на постоянно рН е от ключово значение за правилното функциониране на всички органи и системи. Постоянството на Н+ в телесните течности се поддържа, благодарение на три механизма, които предпазват от възникване на ацидоза и алкалоза. Тези три механизма са:

  • буферни системи на организма – те реагират мигновено с кисели или алкални продукти и не допускат големи отклонения в концентрацията на свободните Н+;
  • дихателна регулация на рН – чрез промяна на честотата и дълбочината на дишането се променя степента на елиминиране на СО2 от организма, което води до нормализиране на концентрацията на Н+ в телесните течности;
  • бъбречен механизъм на регулация на рН – при промени в концентрацията на Н+, бъбреците променят количеството екскретирани кисели и алкални продукти с урината.

Механизмите, които участват в поддържането на постоянната концентрация на Н+ в организма, от една страна осъществяват свързването на свободните Н+, а от друга отстраняването им.

Буферни системи и буфериране

рН в тялотоБуферните системи са изградени от две или повече химични съединения. Те предпазват от големи промени в концентрацията на Н+, когато към разтвора се прибавят киселини или основи. Обикновено една буферна система се състои от слаба киселина и нейната алкална сол – съединение, което е в състояние да освобождава Н+ когато концентрацията им започне да намалява и друго, което може да свързва Н+, когато концентрацията им започне да се увеличава. Такава е хидрогенкарбонатната буферна система. Тя от изключително значение за регулация на алкално-киселинното равновесие в организма. Съставена от Н2СО3 и NaНСО3. Ако към тази буферна система се добави силна основа се получава алкална сол. По този начин рН на средата почти не се променя.

NaOH + H2CO3 -> NaHCO3 + H2O

Добавянето на силна основа води до образуване на въглеродна киселина. Тя е много слаба киселина и степента и на електролитна дисоциация е много малка. Н2СО3 се дисоциира на Н+ и НСО3-. Във всеки разтвор на въглеродна киселина произведението от Н+ и НСО3-, разделено на концентрацията на недисоциираната въглеродна киселина е равно на константа.

HCl + NaHCO3 -> H2CO3 + NaCl

(H+) x (HCO3-)/(H2CO3) = K’, където К’ е дисоциационна константа

Количеството недисоциирана въглеродна киселина е пропорционално на количеството въглероден диоксид, образувана при нейното разграждане. Така от горното уравнение се получава:

(H+) x (HCO3-)/(CO2) = K

(H+) = K x (CO2)/(HCO3-)

При логаритмуване на двете страни на уравнение и умножението им по -1 се получава:

-log(H+) = -logK + log (HCO3-)/(CO2)

pH = pK + log(HCO3-)/(CO2)

рК е тази стойност на рН, при която концентрациите на киселината и нейната алкална сол са равни по между си. Буферите са най-ефикасни в среда, в която рН е в граници +/- 1 от тяхната стойност на рК. За хидрогенкарбонатната буферна система рК е равно на 6,1.

pH = 6,1 + log (HCO3-)/(CO2)

Това е уравнението на Хендерсон-Хаселбах за хидрогенкарбонатната буферна система. Ако са известни стойностите на НСО3- и СО2 по него може да се изчисли рН. При увеличаване на концентрацията на НСО3- рН се увеличава (алкалоза), а при увеличаване на концентрацията на СО2, рН намалява. Концентрацията на въглеродния диоксид може да се променя в зависимост от промени в белодробната вентилация, а концентрацията на НСО3- може да се регулира от бъбреците. Следователно двата основни фактора, които определят буфериращата сила на дадена буферна система, са концентрациите на елементите на системата и степента на съвпадение на рК на буферната система с актуалното рН, в която тя функционира. Буфериращата сила е най-голяма когато рК е равно на рН или когато съотношението на концентрациите на елементите в системата е 1:1.

Буферните системи в телесните течности са:

  • хидрогенкарбонатна буферна система;
  • фосфатна буферна система;
  • белтъчна буферна система;
  • хемоглобинова буферна система.

Буферирането се извършва както екстрацелуларно, така и интрацелуларно, като значителна част от него се извършва в клетките на органите.

буферни системи

Хидрогенкарбонатна буферна система

хидрогенкарбонатна буферна системаХидрогенкарбонатната буферна система е изградена от въглеродна киселина, бикарбонатен йон и въглероден диоксид. рК на хидрогенкарбонатната буферна система е 6,10, а рН на артериалната кръв 7,40. При тези условия концентрацията на хидрогенкарбонатните йони е 20 пъти повече в сравнение с тази на въглеродната киселина. По тази причина буфериращата сила на хидрогенкарбонатната буферна система е слаба. Въпреки това значението на хидрогенкарбонатната буферна система за регулиране на алкално-киселинното равновесие на организма е особено голямо, защото концентрацията на всеки един от нейните елементи подлежи на регулация. Така например концентрацията на въглеродния диоксид се регулира от дишането, а концентрацията на хидрогенкарбонатните йони от бъбреците. Хидрогенкарбонатната буферна система е основният екстрацелуларен буфер за буфериране на промени в концентрацията на свободните Н+, причинени от кисели продукти. Ако се увеличи концентрацията на Н+ без да има промяна във въглеродния диоксид буферирането се извършва с участието на хидрогенкарбонатната буферна система. Тя не може да буферира промени в концентрацията на Н+ в екстрацелуларната течност причинени от промяна в концентрацията на въглеродния диоксид. Хидрогенкарбонатната буферна система е с по-голяма буферираща сила за неутрализиране на киселини в сравнение с основи.

Фосфатна буферна система

Фосфатната буферна система е съставена от примерен 20% (NaH2PO4) и секундарен 80% (Na2HPO4) натриев фосфат. При добавяне на киселина системата реагира със секундерния фосфат: HCl + Na2HPO4 <-> NaH2PO4 + NaCl. Така силната киселина се заменя с примерния натриев фосфат, който е слаба киселина и рН се променя незначително. При добавяне на силна основа тя реагира с примерния натриев фосфат NaOH + Na2HPO4 <-> Na2HPO4 + H2O. Получава се секундарен натриев фосфат и рН на средата почти не се променя. Фосфатната буферна система има рК 6,80. Количеството на елементите на фосфатната буферна система в ЕЦТ е 1/12 от това на хидрогенкарбонатната. По тази причина нейната обща буферираща способност е по-малка от тази на хидрогенкарбонатната буферна система. Фосфатната буферна система има много важна роля в интрацелуларната течност, защото нейната концентрация е значително по-висока от екстрацелуларната система. Фосфатната буферна система има голямо значение за буфериране на свободните Н+ в тубулната течност.

Белтъчна буферна система

аминокиселинаБелтъчната буферна система е изградена от плазмените и клетъчните протеини. Те са ефективни буфери, защото могат да се свързват както кисели така и алкални продукти и да неутрализират тяхното действие. Белтъците могат да свързват и да отделят Н+:

R-COOH <-> R-COO- + H+

Недисоциираната карбоксилна група може да се отделя, а дисоцииралата да свързва Н+. Другата буферна система е амониевата.

R-NH3+ <-> R-NH2 + H+

R-NH3+ е киселина, която отдава Н+, а R-NH2 е основа, която приема Н+. рК на белтъчната буферна система съвпада с актуалното рН на кръвта. По тази причина тя има два пъти по-голям буферен капацитет от хидрогенкарбонатната буферна система. Белтъчната буферна система е от ключово значение за поддържане на алкално-киселинното равновесие в клетките поради изключително високата концентрация на белтъци в тях. Дифузията на Н+ и на НСО3- през мембраната на клетките е слаба, докато СО2 преминава лесно през клетъчната мембрана. В течение на няколко часа рН на интрацелуларната течност се доближава до рН на екстрацелуларната. Буферните системи с известно забавяне подпомагат за буферирането на ЕЦТ.

Хемоглобинова буферна система

еритроцитиХемоглобинът обхваща 80% от буферния капацитет на кръвта. При пренасянето на въглероден диоксид от тъканите до белите дробове, в еритроцитите се образува въглеродна киселина. Хемоглобинът буферира Н+ получени при дисоциирането и. Хемоглобинът има огромен буферен капацитет. По тази причина венозната кръв е съвсем по-малко кисела от артериалната.

Буферна система

рК

Основна функция

Хидрогенкарбонатна

6,10

Буферира промени в концентрацията на Н+ несвързани с промени в СО2

Фосфатна

6,80

Важен буфер на ИЦТ и на урината

Белтъчна

7,40

Основен буфер на ИЦТ и на плазмата

Хемоглобин

80% буферен капацитет в кръвта

Буферира основно промени в концентрацията на Н+ в резултат на промени на СО2

Буферните системи представляват първата защитна линия на организма срещу промени в концентрацията на Н+. При промяна те се включват незабавно и за части от секундата намаляват до минимум промените в рН. Те не могат да елиминират Н+ от организма, а единствено не допускат наличие на свободни Н+ в телесните течности. Елиминирането на Н+ се осъществява от дихателната и бъбречната регулация на рН.

5.0, 1 глас

БИБЛИОГРАФИЯ

https://en.wikibooks.org/wiki/General_Chemistry/Buffer_Systems

https://socratic.org/questions/what-are-the-three-major-buffer-systems-of-the-body-and-how-do-they-work

https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/26-4-acid-base-balance/

Л. Витанова, Р. Гърчев; „Физиология на човека”; издателство АРСО

Arthur C. Guyton, M.D., John E. Hall, Ph.D.; „Text book of Medical Physiology“

ПРОДУКТИ СВЪРЗАНИ СЪС СТАТИЯТА

КОМЕНТАРИ КЪМ СТАТИЯТА

СТАТИЯТА Е СВЪРЗАНA КЪМ

КатегорияФизиологияЗдравни съветиДиетиЛюбопитноЛеченияПрезентацииБотаникаНовиниСнимкиХранене при...ИсторияАлт. медицинаОрганизацииИзследвания