A sav-bázis egyensúly óriási szerepet játszik az emberi szervezet normális működésében. A testben keringő vér élő sejtek keveréke, amelyek folyékony élőhelyen vannak. Az első biztonsági funkció, amely szabályozza a vér pH-szintjét, a pufferrendszer. Ez egy fiziológiai mechanizmus, amely biztosítja a sav-bázis egyensúly paramétereinek fenntartását a pH csökkenésének megakadályozásával. Hogy mi ez és milyen fajtái vannak, azt alább megtudjuk.
Leírás
A pufferrendszer egyedülálló mechanizmus. Az emberi szervezetben több is található belőlük, és mindegyik plazmából és vérsejtekből áll. A pufferek olyan bázisok (fehérjék és szervetlen vegyületek), amelyek megkötik vagy leadják a H+-t és az OH-t, 30 másodpercen belül lerombolva a pH-eltolódást. A puffer sav-bázis egyensúly fenntartására való képessége attól függ, hogy hány elemből áll.
A vérpufferek típusai
A folyamatosan mozgó vér élő sejtek,amelyek folyékony közegben léteznek. A normál pH 7, 37-7, 44. Az ionok megkötése bizonyos pufferrel történik, a pufferrendszerek besorolását az alábbiakban adjuk meg. Maga plazmából és vérsejtekből áll, és lehet foszfát, fehérje, bikarbonát vagy hemoglobin. Mindezek a rendszerek meglehetősen egyszerű hatásmechanizmussal rendelkeznek. Tevékenységük célja a vér ionszintjének szabályozása.
A hemoglobin puffer jellemzői
A hemoglobin pufferrendszer a legerősebb az összes közül, egy lúg a szövetek kapillárisaiban, és sav egy olyan belső szervben, mint a tüdő. A teljes pufferkapacitás mintegy hetvenöt százalékát teszi ki. Ez a mechanizmus az emberi vérben előforduló számos folyamatban vesz részt, és globint tartalmaz. Amikor a hemoglobin puffer egy másik formába (oxihemoglobin) változik, ez a forma megváltozik, és a hatóanyag savas tulajdonságai is megváltoznak.
A csökkentett hemoglobin minősége gyengébb, mint a szénsavé, de sokkal jobb lesz, ha oxidálódik. Amikor elérjük a pH savasságát, a hemoglobin egyesíti a hidrogénionokat, és kiderül, hogy már csökkent. Amikor a szén-dioxid kiürül a tüdőből, a pH lúgossá válik. Ekkor az oxidált hemoglobin protondonorként működik, melynek segítségével a sav-bázis egyensúly egyensúlyba kerül. Tehát az oxihemoglobinból és káliumsójából álló puffer elősegíti a szén-dioxid felszabadulását a szervezetből.
Ez a pufferrendszer működikfontos szerepet tölt be a légzési folyamatban, mivel ellátja az oxigén szállítását a szövetekbe és a belső szervekbe, és eltávolítja belőlük a szén-dioxidot. Az eritrocitákon belüli sav-bázis egyensúly állandó szinten van, ezért a vérben is.
Így, ha a vér oxigénnel telítődik, a hemoglobin erős savvá alakul, ha pedig oxigént ad le, akkor meglehetősen gyenge szerves savvá. Az oxihemoglobin és a hemoglobin rendszerei egymással átváltoztathatók, egyként léteznek.
A bikarbonát puffer jellemzői
A bikarbonát pufferrendszer szintén erős, de egyben a legjobban ellenőrzött is a testben. A teljes pufferkapacitás mintegy tíz százalékát teszi ki. Sokoldalú tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek biztosítják kétirányú hatékonyságát. Ez a puffer egy konjugált sav-bázis párt tartalmaz, amely olyan molekulákból áll, mint a szénsav (protonforrás) és az anion-hidrogén-karbonát (protonakceptor).
Így a bikarbonát pufferrendszer elősegíti azt a szisztematikus folyamatot, amelyben erős sav kerül a véráramba. Ez a mechanizmus a savat a bikarbonát anionokhoz köti, szénsavat és sóját képezve. Amikor a lúg bejut a vérbe, a puffer szénsavhoz kötődik, és hidrogén-karbonát sót képez. Mivel az emberi vérben több a nátrium-hidrogén-karbonát, mint a szénsavban, ez a pufferkapacitás magas savasságú lesz. Más szóval, szénhidrogén puffera rendszer (bikarbonát) nagyon jól kompenzálja a vér savasságát növelő anyagokat. Ide tartozik a tejsav, amelynek koncentrációja intenzív fizikai terhelés hatására növekszik, és ez a puffer nagyon gyorsan reagál a vér sav-bázis egyensúlyának változásaira.
A foszfátpuffer jellemzői
A humán foszfátpufferrendszer a teljes pufferkapacitás közel két százalékát foglalja el, ami a vér foszfáttartalmához kapcsolódik. Ez a mechanizmus fenntartja a pH-t a vizeletben és a sejtekben lévő folyadékban. A puffer szervetlen foszfátokból áll: egybázisú (savként működik) és kétbázisú (lúgként működik). Normál pH-n a sav és a bázis aránya 1:4. A hidrogénionok számának növekedésével a foszfát pufferrendszer hozzájuk kötődik, savat képezve. Ez a mechanizmus inkább savas, mint lúgos, így tökéletesen semlegesíti az emberi véráramba kerülő savas metabolitokat, például a tejsavat.
A fehérjepuffer jellemzői
A fehérjepuffer más rendszerekhez képest nem játszik olyan különleges szerepet a sav-bázis egyensúly stabilizálásában. A teljes pufferkapacitás mintegy hét százalékát teszi ki. A fehérjék olyan molekulákból állnak, amelyek egyesülve sav-bázis vegyületeket képeznek. Savas környezetben savakat megkötő lúgként működnek, lúgos környezetben minden fordítva történik.
Ez egy fehérjepufferrendszer kialakulásához vezet, amely7,2-7,4 pH-értéken meglehetősen hatékony. A fehérjék nagy részét az albuminok és globulinok képviselik. Mivel a fehérje töltése nulla, normál pH-n lúg és só formájában van. Ez a pufferkapacitás a fehérjék számától, szerkezetüktől és a szabad protonoktól függ. Ez a puffer semlegesítheti a savas és lúgos termékeket egyaránt. De kapacitása inkább savas, mint lúgos.
Az eritrociták jellemzői
Normális esetben a vörösvértestek pH-értéke állandó - 7, 25. A hidrokarbonát- és foszfátpufferek itt hatnak. De az erőt tekintve különböznek a vérbeliektől. Az eritrocitákban a fehérjepuffer különleges szerepet játszik a szervek és szövetek oxigénnel való ellátásában, valamint a szén-dioxid eltávolításában. Ezenkívül állandó pH-értéket tart fenn az eritrociták belsejében. Az eritrociták fehérjepuffere szorosan kapcsolódik a bikarbonát rendszerhez, mivel itt a sav és a só aránya kisebb, mint a vérben.
Példa pufferrendszerre
Az erős savak és lúgok gyengén reagáló oldatainak pH-értéke változó. De az ecetsav és a só keveréke megőrzi stabil értékét. Hiába adunk hozzá savat vagy lúgot, a sav-bázis egyensúly nem változik meg. Példaként tekintsük az acetát puffert, amely a CH3COOH savból és sójából áll: CH3COO. Ha erős savat adunk hozzá, akkor a só bázisa megköti a H + ionokat és ecetsavvá alakul. Só anion csökkentésea savmolekulák növekedésével egyensúlyozva. Ennek eredményeként a sav és a só aránya alig változik, így a pH-érték észrevehetetlenül változik.
A pufferrendszerek hatásmechanizmusa
Amikor savas vagy lúgos termékek kerülnek a véráramba, a puffer állandó pH-értéket tart fenn mindaddig, amíg a beérkező termékek ki nem ürülnek, vagy az anyagcsere folyamatokban fel nem használódnak. Az emberi vérben négy puffer található, amelyek mindegyike két részből áll: egy savból és sójából, valamint egy erős lúgból.
A puffer hatása annak köszönhető, hogy megköti és semlegesíti a neki megfelelő összetétellel érkező ionokat. Mivel a természetben a szervezet leginkább aluloxidált anyagcseretermékekkel találkozik, a puffer tulajdonságai inkább sav-, mint lúgellenesek.
Minden pufferrendszernek megvan a maga működési elve. Amikor a pH-érték 7,0 alá csökken, akkor erőteljes aktivitásuk megkezdődik. Elkezdik megkötni a felesleges szabad hidrogénionokat, komplexeket képezve, amelyek oxigént mozgatnak. Ez viszont az emésztőrendszerbe, a tüdőbe, a bőrbe, a vesékbe stb. A savas és lúgos termékek ilyen szállítása hozzájárul azok kiürítéséhez és kiválasztódásához.
Az emberi szervezetben mindössze négy pufferrendszer játszik fontos szerepet a sav-bázis egyensúly fenntartásában, de vannak más pufferek is, mint például az acetát pufferrendszer, amelynek gyenge sav (donor) és sója (elfogadó). Ezen mechanizmusok képességea pH-változásoknak ellenállni, amikor sav vagy só bejut a vérbe, korlátozott. A sav-bázis egyensúlyt csak akkor tartják fenn, ha erős savat vagy lúgot bizonyos mennyiségben szállítanak. Ha túllépi, a pH drámaian megváltozik, a pufferrendszer működése megszűnik.
Pufferek hatékonysága
A vér- és eritrocitapufferek hatékonysága eltérő. Utóbbiban magasabb, hiszen itt van hemoglobin puffer. Az ionok számának csökkenése a sejttől az intercelluláris környezet felé, majd a vér felé haladva történik. Ez arra utal, hogy a vér pufferkapacitása a legnagyobb, míg az intracelluláris környezet a legkisebb.
A sejtek metabolizmusa során savak jelennek meg, amelyek átjutnak a szövetközi folyadékba. Ez minél könnyebben megtörténik, annál több jelenik meg belőlük a sejtekben, mivel a hidrogénionok feleslege növeli a sejtmembrán permeabilitását. A pufferrendszerek osztályozását már ismerjük. A vörösvértestekben hatásosabb tulajdonságokkal bírnak, hiszen itt továbbra is szerepet játszanak a kollagénrostok, amelyek duzzadással reagálnak a sav felhalmozódására, azt felszívják és a hidrogénionokból vörösvértestet szabadítanak fel. Ez a képesség az abszorpciós tulajdonságának köszönhető.
A pufferek kölcsönhatása a testben
A testben lévő összes mechanizmus összefügg egymással. A vérpufferek több rendszerből állnak, amelyek eltérő mértékben járulnak hozzá a sav-bázis egyensúly fenntartásához. Amikor a vér belép a tüdőbe, oxigént kap.a vörösvértestekben a hemoglobinhoz kötődve oxihemoglobint (savat) képezve, amely fenntartja a pH-szintet. A szénsav-anhidráz segítségével párhuzamosan a tüdő vére megtisztul a szén-dioxidtól, amely az eritrocitákban gyenge kétbázisú szénsav és karbaminohemoglobin, a vérben pedig szén-dioxid és víz formájában jelenik meg.
A vörösvértestekben a gyenge kétbázisú szénsav mennyiségének csökkenésével a vérből behatol a vörösvértestekbe, és a vér megtisztul a szén-dioxidtól. Így a sejtekből egy gyenge kétbázisú szénsav folyamatosan jut át a vérbe, és a vérből inaktív klorid anionok jutnak be a vörösvértestekbe, hogy fenntartsák a semlegességet. Ennek eredményeként a vörösvértestek savasabbak, mint a plazma. Valamennyi pufferrendszert a proton donor-akceptor arány (4:20) indokolja, amely az emberi szervezet anyagcseréjének sajátosságaihoz kapcsolódik, és amely több savas terméket képez, mint a lúgos. Itt nagyon fontos a savas pufferkapacitás mutatója.
Cserefolyamatok a szövetekben
A sav-bázis egyensúlyt a pufferek és a testszövetekben zajló metabolikus átalakulások tartják fenn. Ezt biokémiai és fizikai-kémiai folyamatok segítik. Hozzájárulnak az anyagcseretermékek sav-bázis tulajdonságainak elvesztéséhez, kötődésükhöz, új vegyületek képződéséhez, amelyek gyorsan kiürülnek a szervezetből. Például nagy mennyiségű tejsav választódik ki a glikogénbe, a szerves savakat nátriumsók semlegesítik. Erősa savak és lúgok feloldódnak a lipidekben, a szerves savak pedig oxidálódnak szénsavvá.
Így a pufferrendszer az első asszisztens az emberi szervezet sav-bázis egyensúlyának normalizálásában. A pH-stabilitás szükséges a biológiai molekulák és struktúrák, szervek és szövetek normális működéséhez. Normál körülmények között a pufferfolyamatok egyensúlyt tartanak a hidrogén- és szén-dioxid-ionok bejuttatása és eltávolítása között, ami segít fenntartani a vér állandó pH-szintjét.
Ha a pufferrendszerek működése meghibásodik, akkor egy személyben olyan patológiák alakulnak ki, mint az alkalózis vagy az acidózis. Minden pufferrendszer össze van kötve, és célja a stabil sav-bázis egyensúly fenntartása. Az emberi szervezet folyamatosan nagyszámú savas terméket termel, ami harminc liter erős savnak felel meg.
A szervezeten belüli reakciók állandóságát erős pufferek biztosítják: foszfát, fehérje, hemoglobin és bikarbonát. Vannak más pufferrendszerek is, de ezek a legfontosabbak és a legszükségesebbek egy élő szervezet számára. Segítségük nélkül az emberben különféle patológiák alakulnak ki, amelyek kómához vagy halálhoz vezethetnek.
