БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КРОВИ

Кровь играет определяющую роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Нормальный рН крови составляет 7,4±0,04. Увеличение рН крови называется алкалозом, а снижение – ацидозом. Изменение рН крови может привести к развитию патологических состояний или гибели организма. Поэтому в организме существуют специальные системы, которые препятствуют изменению рН крови и других биологических жидкостей при образовании кислых и щелочных продуктов или при большом поступлении воды. Такую функцию выполняют отдельные физиологические системы (дыхательная, выделительная), а также буферные системы. Последние очень быстро (в течение нескольких секунд) реагируют на изменение концентрации Н⁺ и ОН^- в водных средах и являются срочными регуляторами кислотно-основного состояния в тканях организма.

Буферные системы – это смесь слабой кислоты и ее растворимой соли, двух солей или белков, которые способны препятствовать изменению рН водных сред. Действие буферных систем направлено на связывание избытка Н⁺ или ОН^- в среде и поддержание постоянства рН среды. При действии буферной системы образуются слабодиссоциируемые вещества или вода. К основным буферным системам крови относятся бикарбонатная, белковая, гемоглобиновая и фосфатная. Имеются также ацетатная и аммонийная буферные системы.

Бикарбонатная буферная система - мощная и наиболее мобильная система крови и внеклеточной жидкости. На ее долю приходится около 10% всей буферной емкости крови. Бикарбонатная система представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н₂СО₃, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО₃^-, выполняющего роль акцептора протона:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^-

Бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН = 7,4. Концентрация недиссоциированных молекул Н₂СО₃ в крови незначительна и зависит от концентрации растворенного СО₂. При нормальном значении рН крови (7,4) отношение концентрации ионов бикарбоната НСО₃^- в плазме крови к концентрации СО₂ около 20. При выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов (например, молочной кислоты) протоны Н⁺ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО₃^-, что приводит к образованию слабодиссоциирущей Н₂СО₃. Удаление Н₂СО₃ достигается в результате ускоренного выделения СО₂ через легкие в результате их гипервентиляции. Если в крови увеличивается количество оснований, то они, взаимодействуя с Н₂СО₃, образуют ионы бикарбоната и воду. В результате протекающих процессов не происходит заметных изменений рН.

Связывание НСО₃^- приводит к дефициту СО₂. Для сохранения нормального соотношения между компонентами буферной системы происходит задержка в плазме крови некоторого количества СО₂ в результате гиповентиляции легких.

Бикарбонатная система тесно связана с гемоглобиновой системой.

Гемоглобиновая буферная система самая мощная.На ее долю приходится более половины буферной емкости крови. Она состоит из неионизированного гемоглобина ННb (слабая органическая кислота, донор протонов) и калиевой соли гемоглобина КНb (сопряженное основание, акцептор протонов). Точно так же может быть рассмотрена оксигемоглобиновая буферная система. Оксигемоглобин – более сильная кислота, чем дезоксигемоглобин.

Когда кровь находится в тканевых капиллярах, откуда поступают кислые продукты, гемоглобин выполняет функции основания:

КНb + Н₂СО₃ ® КНСО₃ + ННb.

Это обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин. В легких гемоглобин, напротив, ведет себя как кислота и предотвращает защелачивание крови после выделения углекислоты. Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры легких, превращается в оксигемоглобин (ННbО₂), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н₂СО₃ из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови.

Фосфатная буферная система составляет не более 5% буферной емкости крови. В других тканях эта система является одной из основных. Она представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из иона Н₂РО₄^- (донор протонов) и иона НРО₄^2- (акцептор протонов). В крови максимальная емкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения 7,2. Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.

Белковая буферная система имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия в плазме крови, чем другие буферные системы (около 7% буферной емкости крови). Белки образуют буферную систему благодаря наличию в молекулах белков групп кислотного и основного характера и их способности к ионизации. Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2-7,4.