Acid-bazna ravnoteža igra ogromnu ulogu u normalnom funkcioniranju ljudskog tijela. Krv koja kruži u tijelu je mješavina živih ćelija koje se nalaze u tečnom staništu. Prva sigurnosna karakteristika koja kontroliše nivo pH u krvi je pufer sistem. Ovo je fiziološki mehanizam koji osigurava održavanje parametara acidobazne ravnoteže sprečavanjem pada pH vrijednosti. Šta je i koje sorte ima, saznaćemo u nastavku.
Opis
Bafer sistem je jedinstven mehanizam. U ljudskom tijelu ih ima nekoliko, a svi se sastoje od plazme i krvnih stanica. Puferi su baze (proteini i anorganska jedinjenja) koje vezuju ili doniraju H+ i OH-, uništavajući pH pomak u roku od trideset sekundi. Sposobnost pufera da održi kiselinsko-baznu ravnotežu zavisi od broja elemenata od kojih se sastoji.
Vrste pufera krvi
Krv koja se stalno kreće su žive ćelije,koji postoje u tečnom mediju. Normalni pH je 7, 37-7, 44. Vezivanje jona se dešava sa određenim puferom, klasifikacija puferskih sistema je data u nastavku. Sama se sastoji od plazme i krvnih zrnaca i može biti fosfat, protein, bikarbonat ili hemoglobin. Svi ovi sistemi imaju prilično jednostavan mehanizam djelovanja. Njihova aktivnost je usmjerena na regulaciju nivoa jona u krvi.
Karakteristike pufera za hemoglobin
Hemoglobinski pufer sistem je najmoćniji od svih, on je alkalija u kapilarima tkiva i kiselina u unutrašnjem organu kao što su pluća. Na njega otpada oko sedamdeset pet posto ukupnog kapaciteta bafera. Ovaj mehanizam je uključen u mnoge procese koji se dešavaju u ljudskoj krvi, a u svom sastavu ima globin. Kada se hemoglobinski pufer promijeni u drugi oblik (oksihemoglobin), ovaj oblik se mijenja, a mijenjaju se i kisela svojstva aktivne tvari.
Kvalitet smanjenog hemoglobina je manji od kvaliteta ugljene kiseline, ali postaje mnogo bolji kada se oksidira. Kada se postigne kiselost pH, hemoglobin kombinuje ione vodika, ispada da je već smanjena. Kada se ugljični dioksid očisti iz pluća, pH postaje alkalan. U ovom trenutku hemoglobin, koji je oksidiran, djeluje kao donor protona, uz pomoć kojeg se balansira acidobazna ravnoteža. Dakle, pufer, koji se sastoji od oksihemoglobina i njegove kalijeve soli, potiče oslobađanje ugljičnog dioksida iz tijela.
Ovaj sistem bafera radivažnu ulogu u respiratornom procesu, jer obavlja transportnu funkciju prijenosa kisika do tkiva i unutrašnjih organa i uklanjanja ugljičnog dioksida iz njih. Kiselinsko-bazna ravnoteža unutar eritrocita održava se na konstantnom nivou, dakle iu krvi.
Dakle, kada je krv zasićena kiseonikom, hemoglobin se pretvara u jaku kiselinu, a kada odustane od kiseonika, pretvara se u prilično slabu organsku kiselinu. Sistemi oksihemoglobina i hemoglobina su međusobno konvertibilni, postoje kao jedan.
Karakteristike bikarbonatnog pufera
Bikarbonatni pufer sistem je takođe moćan, ali i najviše kontrolisan u telu. On čini oko deset posto ukupnog kapaciteta bafera. Ima raznovrsna svojstva koja osiguravaju njegovu dvosmjernu efikasnost. Ovaj pufer sadrži konjugirani kiselinsko-bazni par, koji se sastoji od molekula kao što su ugljična kiselina (izvor protona) i anjonski bikarbonat (akceptor protona).
Dakle, bikarbonatni pufer sistem promoviše sistematski proces u kojem moćna kiselina ulazi u krvotok. Ovaj mehanizam vezuje kiselinu za anjone bikarbonata, formirajući ugljičnu kiselinu i njenu sol. Kada lužina uđe u krv, pufer se vezuje za ugljičnu kiselinu, formirajući bikarbonatnu sol. Budući da u ljudskoj krvi ima više natrijum bikarbonata nego ugljične kiseline, ovaj puferski kapacitet će imati visoku kiselost. Drugim riječima, ugljikovodični pufersistem (bikarbonat) je vrlo dobar u kompenzaciji tvari koje povećavaju kiselost krvi. To uključuje mliječnu kiselinu, čija se koncentracija povećava s intenzivnim fizičkim naporom, a ovaj pufer vrlo brzo reagira na promjene acidobazne ravnoteže u krvi.
Karakteristike fosfatnog pufera
Ljudski fosfatni puferski sistem zauzima blizu dva posto ukupnog puferskog kapaciteta, što je povezano sa sadržajem fosfata u krvi. Ovaj mehanizam održava pH u urinu i tečnosti koja se nalazi unutar ćelija. Pufer se sastoji od neorganskih fosfata: jednobaznih (djeluje kao kiselina) i dvobaznih (djeluje kao alkalija). Pri normalnom pH, odnos kiseline i baze je 1:4. Sa povećanjem broja vodikovih jona, fosfatni puferski sistem se veže za njih, formirajući kiselinu. Ovaj mehanizam je više kisel nego alkalni, tako da savršeno neutralizira kisele metabolite, poput mliječne kiseline, koji ulaze u ljudski krvotok.
Karakteristike proteinskog pufera
Proteinski pufer ne igra tako posebnu ulogu u stabilizaciji acido-bazne ravnoteže, u poređenju sa drugim sistemima. Na njega otpada oko sedam posto ukupnog kapaciteta bafera. Proteini se sastoje od molekula koji se kombinuju i formiraju kiselo-bazna jedinjenja. U kiseloj sredini deluju kao alkalije koje vezuju kiseline, u alkalnoj sve se dešava obrnuto.
Ovo dovodi do formiranja proteinskog pufer sistema, kojiprilično je efikasan pri pH vrijednosti od 7,2 do 7,4 Veliki udio proteina predstavljaju albumini i globulini. Pošto je naboj proteina nula, pri normalnom pH je u obliku lužine i soli. Ovaj kapacitet pufera zavisi od broja proteina, njihove strukture i slobodnih protona. Ovaj pufer može neutralizirati i kisele i alkalne proizvode. Ali njegov kapacitet je više kiseli nego alkalni.
Karakteristike eritrocita
Normalno, eritrociti imaju konstantan pH - 7, 25. Hidrokarbonatni i fosfatni puferi ovde imaju uticaj. Ali po snazi se razlikuju od onih u krvi. U eritrocitima, proteinski pufer ima posebnu ulogu u opskrbi organa i tkiva kisikom, kao i uklanjanju ugljičnog dioksida iz njih. Osim toga, održava konstantnu pH vrijednost unutar eritrocita. Proteinski pufer u eritrocitima je usko povezan sa bikarbonatnim sistemom, jer je omjer kiseline i soli ovdje manji nego u krvi.
Primjer baferskog sistema
Otvori jakih kiselina i alkalija, koji imaju slabe reakcije, imaju promjenjiv pH. Ali mješavina octene kiseline sa svojom soli zadržava stabilnu vrijednost. Čak i ako im dodate kiselinu ili alkalije, kiselinsko-bazna ravnoteža se neće promijeniti. Kao primjer, uzmite acetatni pufer, koji se sastoji od kiseline CH3COOH i njene soli CH3COO. Ako dodate jaku kiselinu, tada će baza soli vezati H+ ione i pretvoriti se u octenu kiselinu. Redukcija anjona soliuravnotežen povećanjem molekula kiseline. Kao rezultat toga, postoji mala promjena u omjeru kiseline i njene soli, tako da se pH mijenja prilično neprimjetno.
Mehanizam djelovanja tampon sistema
Kada kiseli ili alkalni proizvodi uđu u krvotok, pufer održava konstantnu pH vrijednost dok se ulazni proizvodi ne izluče ili iskoriste u metaboličkim procesima. U ljudskoj krvi postoje četiri pufera, od kojih se svaki sastoji od dva dijela: kiseline i njene soli, kao i jake lužine.
Učinak pufera je zbog činjenice da veže i neutralizira jone koji dolaze sa sastavom koji mu odgovara. Budući da se u prirodi tijelo najčešće susreće s nedovoljno oksidiranim metaboličkim proizvodima, svojstva pufera su više antikiselinska nego antialkalna.
Svaki bafer sistem ima svoj princip rada. Kada pH nivo padne ispod 7,0, počinje njihova snažna aktivnost. Počinju da vezuju višak slobodnih iona vodika, formirajući komplekse koji pokreću kiseonik. On se, pak, kreće u probavni sistem, pluća, kožu, bubrege itd. Takav transport kiselih i alkalnih proizvoda doprinosi njihovom istovaru i izlučivanju.
U ljudskom tijelu samo četiri puferska sistema igraju važnu ulogu u održavanju acido-bazne ravnoteže, ali postoje i drugi puferi, kao što je acetatni puferski sistem, koji ima slabu kiselinu (donor) i njenu sol (akceptor). Sposobnost ovih mehanizamada se odupre promjenama pH kada kiselina ili sol uđu u krv ograničena je. Oni održavaju kiselinsko-baznu ravnotežu samo kada se unese jaka kiselina ili alkalija u određenoj količini. Ako se prekorači, pH će se dramatično promijeniti, puferski sistem će prestati da funkcioniše.
Učinkovitost pufera
Puferi krvi i eritrocita imaju različitu efikasnost. Kod potonjeg je veći, jer ovdje postoji pufer za hemoglobin. Smanjenje broja iona događa se u smjeru od stanice do međućelijske sredine, a zatim u krv. Ovo sugerira da krv ima najveći puferski kapacitet, dok unutarćelijska sredina ima najmanji.
Kada se ćelije metaboliziraju, pojavljuju se kiseline koje prelaze u intersticijsku tekućinu. To se događa što lakše, što se više njih pojavljuje u stanicama, jer višak vodikovih iona povećava propusnost stanične membrane. Već znamo klasifikaciju bafer sistema. U eritrocitima imaju efikasnija svojstva, jer tu i dalje igraju ulogu kolagena vlakna, koja reaguju bubrenjem na nakupljanje kiseline, apsorbuju je i oslobađaju eritrocite od vodonikovih jona. Ova sposobnost je zbog svog svojstva apsorpcije.
Interakcija pufera u tijelu
Svi mehanizmi koji se nalaze u tijelu su međusobno povezani. Krvni puferi se sastoje od nekoliko sistema, čiji je doprinos održavanju acido-bazne ravnoteže različit. Kada krv uđe u pluća, ona prima kiseonik.vezivanjem za hemoglobin u crvenim krvnim zrncima, formirajući oksihemoglobin (kiselina), koja održava pH nivo. Uz pomoć karboanhidraze dolazi do paralelnog pročišćavanja krvi pluća od ugljičnog dioksida, koji se u eritrocitima predstavlja u obliku slabe dvobazne ugljične kiseline i karbaminohemoglobina, a u krvi - ugljičnog dioksida i vode.
Sa smanjenjem količine slabe dvobazne ugljične kiseline u eritrocitima, ona iz krvi prodire u eritrocit, a krv se čisti od ugljičnog dioksida. Dakle, slaba dvobazna ugljična kiselina stalno prelazi iz stanica u krv, a neaktivni kloridni anioni ulaze u eritrocite iz krvi kako bi održali neutralnost. Kao rezultat toga, crvena krvna zrnca su kiselija od plazme. Svi puferski sistemi su opravdani omjerom protona donor-akceptor (4:20), što je povezano s posebnostima metabolizma ljudskog tijela, koje stvara veći broj kiselih produkata nego alkalnih. Pokazatelj kapaciteta pufera kiseline je ovdje vrlo važan.
Procesi razmjene u tkivima
Acid-bazna ravnoteža se održava puferima i metaboličkim transformacijama u tjelesnim tkivima. Tome pomažu biohemijski i fizičko-hemijski procesi. Oni doprinose gubitku kiselinsko-baznih svojstava metaboličkih proizvoda, njihovom vezivanju, stvaranju novih spojeva koji se brzo izlučuju iz organizma. Na primjer, velika količina mliječne kiseline se izlučuje u glikogen, organske kiseline neutraliziraju natrijeve soli. Jakakiseline i alkalije se otapaju u lipidima, a organske kiseline oksidiraju u ugljičnu kiselinu.
Tako je pufer sistem prvi pomoćnik u normalizaciji acido-bazne ravnoteže u ljudskom tijelu. pH stabilnost neophodna je za normalno funkcionisanje bioloških molekula i struktura, organa i tkiva. U normalnim uslovima, puferski procesi održavaju ravnotežu između uvođenja i uklanjanja jona vodonika i ugljen-dioksida, što pomaže u održavanju konstantnog pH nivoa u krvi.
Ako dođe do kvara u radu pufer sistema, tada osoba razvija patologije kao što su alkaloza ili acidoza. Svi puferski sistemi su međusobno povezani i imaju za cilj održavanje stabilne acido-bazne ravnoteže. Ljudsko tijelo neprestano proizvodi veliki broj kiselih proizvoda, što je ekvivalentno trideset litara jake kiseline.
Stalnost reakcija unutar tijela osiguravaju moćni puferi: fosfat, protein, hemoglobin i bikarbonat. Postoje i drugi puferni sistemi, ali oni su glavni i najneophodniji za živi organizam. Bez njihove pomoći, osoba će razviti različite patologije koje mogu dovesti do kome ili smrti.
