Буферные системы крови

Общий принцип работы буферов

Поддержание постоянства внутренней среды требует моментальных реакций. Буферные системы выступают своеобразными химическими «амортизаторами». Структурно каждый такой буфер образован слабой кислотой и сопряженным с ней основанием, которые находятся в строго определенном соотношении.

Когда в раствор добавляется небольшое количество сторонней кислоты или основания, буферная система вступает с ними в реакцию. Ионы $H^+$ или $OH^-$ связываются компонентами буфера, переходя в состав слабых малодиссоциирующих соединений или воды. Таким образом, свободные агрессивные ионы исчезают, а уровень pH сохраняется стабильным.

Гидрокарбонатная буферная система

В состав этого буфера входят слабая угольная кислота ($H_2CO_3$) и гидрокарбонат-ион ($HCO_3^-$) в соотношении 1:20 (кислота к иону).

Механизм действия зависит от характера сдвига:

• При ацидозе (закислении): избыток ионов $H^+$ связывается с основанием ($HCO_3^-$). Образуется угольная кислота ($H_2CO_3$). Далее под действием фермента карбоангидразы она распадается на воду и углекислый газ. Поскольку избыток $CO_2$ постоянно удаляется легкими, гидрокарбонатную систему называют «открытой».
• При алкалозе (защелачивании): ионы $OH^-$ взаимодействуют с ионами водорода, входящими в состав угольной кислоты, с образованием молекул воды ($H_2O$).

Несмотря на то, что на этот буфер приходится всего 7–9% от общей буферной емкости цельной крови, он критически важен для внеклеточных жидкостей. В плазме, лимфе и ликворе его доля составляет внушительные 97–98% всей буферной емкости.

Фосфатная и белковая системы

Две другие системы играют вспомогательную, но важную роль в различных жидкостных компартментах.

Фосфатный буфер состоит из дигидрофосфат-иона ($H_2PO_4^-$) и гидрофосфат-иона ($HPO_4^{2-}$). Их нормальное соотношение составляет 1:4. Главная задача этой системы в крови — поддержание оптимального баланса компонентов гидрокарбонатного буфера. Это описывается уравнением реакции: $H_2CO_3 + HPO_4^{2-} \leftrightarrow H_2PO_4^- + HCO_3^-$

Белковая буферная система работает за счет амфотерности белков. В зависимости от среды белки ведут себя по-разному:

• В основной среде они диссоциируют с образованием ионов $H^+$, то есть действуют как кислоты.
• В кислой среде они отщепляют ионы $OH^-$.

При повышении концентрации $H^+$ белки формируют малодиссоциирующие кислоты, а при избытке $OH^-$ способствуют образованию воды. Емкость белков плазмы достаточно скромная — всего около 2% от буферной емкости внеклеточной жидкости.

Гемоглобиновая буферная система

Это самая мощная буферная система, на которую приходится 75% (3/4) всей буферной емкости крови. Ее невероятная эффективность обусловлена двумя факторами: амфотерными свойствами белковой части (глобина) и влиянием оксигенации на кислотно-основные характеристики гемоглобина.

Ключевые свойства разных форм гемоглобина:

1. Восстановленный гемоглобин ($Hb$) — является более сильным основанием, поэтому он значительно легче присоединяет к себе свободные ионы водорода ($H^+$).
2. Оксигемоглобин ($HbO_2$) — ведет себя как более сильная кислота по сравнению с восстановленной формой.

Физиологический механизм в тканях: Когда кровь проходит через капилляры тканей, она отдает кислород и забирает углекислый газ. Оксигемоглобин превращается в восстановленный гемоглобин. Поступающая в эритроцит углекислота (действующая как кислотный компонент) почти полностью и моментально нейтрализуется, так как образовавшийся восстановленный гемоглобин выступает в роли сильного основания и принимает на себя удар.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Роль фермента карбоангидразы в эритроцитах
• Механизмы формирования тканевого ацидоза
• Взаимосвязь газообмена и кислотно-основного состояния
• Отличия буферной емкости внутриклеточной и внеклеточной жидкости

Другие темы раздела «Кровь»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.