Krv igra vitalnu ulogu u održavanju acidobazna ravnoteža, čija promjena može dovesti do razvoja patoloških stanja ili smrti organizma. Stoga u tijelu postoje posebni sustavi koji sprječavaju promjenu pH vrijednosti krvi i drugih bioloških tekućina tijekom stvaranja kiselih i alkalnih produkata ili kod velikog unosa vode. Tu ulogu imaju pojedini fiziološki sustavi (dišni, ekskretorni), kao i puferski sustavi. Potonji vrlo brzo (unutar nekoliko sekundi) reagiraju na promjene koncentracije H + i OH - u vodenom mediju i hitni su regulatori kiselinsko-baznog stanja u tjelesnim tkivima.
Puferski sustavi je mješavina slabe kiseline i njezine topive soli, dviju soli ili proteina koji mogu spriječiti promjene pH vrijednosti vodenog medija. Djelovanje puferskih sustava usmjereno je na vezanje viška H + ili OH - u mediju i održavanje konstantnog pH medija. Pod djelovanjem puferskog sustava nastaju slabo disocibilne tvari ili voda. Glavni puferski sustavi krvi su bikarbonat, protein (hemoglobin) i fosfat. Dostupni su i acetatni i amonijevi puferski sustavi.
bikarbonat međuspremnički sustav - najmoćniji i najkontroliraniji sustav krvi i izvanstanične tekućine. Čini oko 10% ukupnog puferskog kapaciteta krvi. Bikarbonatni sustav je konjugirani acidobazni par, koji se sastoji od molekule ugljične kiseline H 2 CO 3, koja djeluje kao donor protona, i bikarbonatnog iona HCO 3 -, koji djeluje kao akceptor protona:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -
Prava koncentracija nedisociranih molekula H 2 CO 3 u krvi je beznačajna i izravno ovisi o koncentraciji otopljenog CO 2 . Pri normalnoj pH vrijednosti krvi (7,4) koncentracija HCO 3 - bikarbonatnih iona u krvnoj plazmi premašuje koncentraciju CO 2 za oko 20 puta. Bikarbonatni puferski sustav djeluje kao učinkovit regulator u području pH=7,4. Mehanizam djelovanja ovog sustava je da kada se relativno velike količine kiselih produkata otpuštaju u krv, protoni H + stupaju u interakciju s bikarbonatnim ionima HCO 3 - , što dovodi do stvaranja slabo disociranog H 2 CO 3 .
Naknadno smanjenje koncentracije H 2 CO 3 postiže se kao rezultat ubrzanog oslobađanja CO 2 kroz pluća kao rezultat njihove hiperventilacije. Ako se broj baza u krvi poveća, tada oni, u interakciji sa slabom ugljičnom kiselinom, tvore bikarbonatne ione i vodu. U tom slučaju nema zamjetnog pomaka pH vrijednosti. Osim toga, kako bi se održao normalan omjer između komponenti puferskog sustava, u ovom slučaju uključeni su fiziološki mehanizmi regulacije acidobazne ravnoteže: određena količina CO 2 zadržava se u krvnoj plazmi kao rezultat hipoventilacije. pluća. Bikarbonatni sustav je usko povezan sa sustavom hemoglobina.
Sustav fosfatnog pufera je konjugirani acidobazni par, koji se sastoji od H 2 PO 4 - iona (donor protona, djeluje kao kiselina) i HPO 4 2- iona (akceptor protona, djeluje kao sol). Sustav fosfatnog pufera čini samo 1% kapaciteta uzgona krvi. U drugim tkivima ovaj sustav je jedan od glavnih. Sustav fosfatnog pufera sposoban je djelovati kada se pH mijenja u rasponu od 6,1 do 7,7 i može osigurati određeni kapacitet unutarstanične tekućine čija je pH vrijednost u rasponu od 6,9-7,4. U krvi se maksimalni kapacitet fosfatnog pufera pojavljuje blizu vrijednosti 7,2. Organski fosfati također imaju svojstva pufera, ali njihova je moć slabija od anorganskih fosfatnih pufera.
Proteinski puferski sustav je manje važan za održavanje acidobazne ravnoteže u krvnoj plazmi od ostalih puferskih sustava. Proteini tvore puferski sustav zbog prisutnosti acidobaznih skupina u proteinskoj molekuli: protein-H + (kiselina, donor protona) i protein (konjugirana baza, akceptor protona). Proteinski puferski sustav krvne plazme učinkovit je u pH rasponu od 7,2-7,4.
Puferski sustav hemoglobina- najmoćniji puferski sustav krvi, čini 75% ukupnog pufera. Sudjelovanje hemoglobina u regulaciji pH krvi povezano je s njegovom ulogom u prijenosu kisika i ugljičnog dioksida. Kada se zasiti kisikom, hemoglobin postaje jača kiselina (HHbO 2). Hemoglobin, odustajući od kisika, prelazi u vrlo slabu organsku kiselinu (HHb).
Puferski sustav hemoglobina sastoji se od neioniziranog hemoglobina HHb (slaba organska kiselina, donor protona) i kalijeve soli hemoglobina KHb (konjugirana baza, akceptor protona). Slično tome, može se razmotriti puferski sustav oksihemoglobina. Sustav hemoglobina i sustav oksihemoglobina međusobno su konvertibilni sustavi i postoje kao cjelina. Svojstva pufera hemoglobina posljedica su mogućnosti interakcije kiselo-reaktivnih spojeva s kalijevom soli hemoglobina:
KHb + H 2 CO 3 => KHCO 3 + HHb.
Time se osigurava da se pH krvi održava unutar fiziološki prihvatljivih vrijednosti, unatoč ulasku u vensku krv velike količine CO 2 i drugih kiselih produkata metabolizma. Hemoglobin (NNb), ulazeći u kapilare pluća, pretvara se u oksihemoglobin (NNbO 2), što dovodi do određenog zakiseljavanja krvi, istiskivanja dijela H 2 CO 3 iz bikarbonata i smanjenja alkalne rezerve krvi.
Respiratorna funkcija krvi. Važna funkcija krvi je njezina sposobnost prijenosa kisika do tkiva i CO2 od tkiva do pluća. Tvar koja obavlja ovu funkciju je hemoglobin. Hemoglobin je sposoban apsorbirati O 2 pri relativno visokom sadržaju u atmosferskom zraku i lako ga predati smanjenjem parcijalnog tlaka O 2:
Hb + O 2 ↔ HbO.
Stoga je u plućnim kapilarama krv zasićena O 2, dok se u kapilarama tkiva, gdje se njen parcijalni tlak naglo smanjuje, opaža obrnuti proces - vraćanje kisika u tkiva krvlju.
Nastao u tkivima tijekom oksidativnih procesa, CO 2 se izlučuje iz organizma. Osiguravanje takve izmjene plinova provodi nekoliko tjelesnih sustava.
Najveću važnost imaju vanjsko, ili plućno, disanje, koje osigurava usmjerenu difuziju plinova kroz alveolokapilarne pregrade u plućima i izmjenu plinova između vanjskog zraka i krvi; respiratorna funkcija krvi, ovisna o sposobnosti otapanja plazme i sposobnosti hemoglobina da reverzibilno veže kisik i ugljikov dioksid; transportna funkcija kardiovaskularnog sustava (protok krvi), koja osigurava prijenos krvnih plinova iz pluća u tkiva i obrnuto; funkcija enzimskih sustava koji osiguravaju izmjenu plinova između krvi i stanica tkiva, tj. disanje tkiva.
Difuzija krvnih plinova provodi se kroz staničnu membranu duž koncentracijskog gradijenta. Zbog tog procesa u alveolama pluća na kraju udisaja dolazi do izjednačavanja parcijalnih tlakova različitih plinova u alveolarnom zraku i krvi. Razmjena s atmosferskim zrakom tijekom naknadnog izdisaja i udisaja opet dovodi do razlika u koncentraciji plinova u alveolarnom zraku iu krvi, zbog čega kisik difundira u krv, a ugljični dioksid iz krvi.
Najveći dio O 2 i CO 2 prenosi se u obliku njihove veze s hemoglobinom u obliku molekula HbO 2 i HbCO 2 . Maksimalna količina kisika koju veže krv kada je hemoglobin potpuno zasićen kisikom naziva se kisikov kapacitet krvi. Normalno se njegova vrijednost kreće od 16,0-24,0 vol.% i ovisi o sadržaju hemoglobina u krvi, čiji 1 g može vezati 1,34 ml kisika (Hüfnerov broj).
Vezanje kisika za hemoglobin je reverzibilan proces, ovisno o napetosti kisika u krvi, kao io drugim čimbenicima, posebice o pH krvi.
CO 2 koji nastaje u tkivima prelazi u krv krvnih kapilara, zatim difundira u eritrocit, gdje se pod utjecajem karboanhidraze pretvara u ugljičnu kiselinu, koja disocira na H + i HCO 3 -. HCO 3 - djelomično difundiraju u krvnu plazmu, stvarajući natrijev bikarbonat. Kada krv uđe u pluća (kao i HCO 3 - ioni sadržani u eritrocitima), stvara CO 2 koji difundira u alveole.
Oko 80% ukupne količine CO 2 prenosi se iz tkiva u pluća u obliku bikarbonata, 10% u obliku slobodno otopljenog ugljičnog dioksida i 10% u obliku karboksihemoglobina. Karboksihemoglobin disocira u plućnim kapilarama na hemoglobin i slobodni CO 2 koji se uklanja izdahnutim zrakom. Oslobađanje CO 2 iz veze s hemoglobinom olakšava se transformacijom potonjeg u oksihemoglobin, koji, imajući izražena kisela svojstva, može pretvoriti bikarbonate u ugljičnu kiselinu, koja disocira u molekule vode i CO 2 .
Hipoksemija se razvija kada nema dovoljnog zasićenja krvi kisikom. , što je popraćeno razvojem hipoksije, tj. nedovoljna opskrba tkiva kisikom. Teški oblici hipoksemije mogu izazvati potpuni prekid dostave kisika u tkiva, zatim se razvija anoksija, u tim slučajevima dolazi do gubitka svijesti, što može završiti smrću.
Patologija izmjene plina povezana s poremećenim transportom plina između pluća i stanica tijela uočena je smanjenjem plinskog kapaciteta krvi zbog nedostatka ili kvalitativnih promjena hemoglobina, što se očituje u obliku anemične hipoksije. Kod anemije se kisikov kapacitet krvi smanjuje proporcionalno padu koncentracije hemoglobina. Smanjenje koncentracije hemoglobina kod anemije također ograničava transport ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća u obliku karboksihemoglobina.
Kršenje transporta kisika krvlju također se događa u patologiji hemoglobina, na primjer, kod anemije srpastih stanica, kada se neke od molekula hemoglobina inaktiviraju pretvaranjem u methemoglobin, na primjer, u slučaju trovanja nitratima (methemoglobinemija), ili u karboksihemoglobinu (trovanje CO).
Poremećaji u izmjeni plina zbog smanjenja volumetrijske brzine protoka krvi u kapilarama javljaju se sa zatajenjem srca, vaskularnom insuficijencijom (uključujući kolaps, šok), lokalnim poremećajima - s angiospazmom, itd. U uvjetima stagnacije krvi, koncentracija smanjene povećava se hemoglobin. Kod zatajenja srca ova je pojava posebno izražena u kapilarama dijelova tijela udaljenih od srca, gdje je krvotok najsporiji, što se klinički očituje akrocijanozom.
Primarno kršenje izmjene plinova na staničnoj razini promatra se uglavnom kada je izloženo otrovima koji blokiraju respiratorne enzime. Kao rezultat toga, stanice gube sposobnost korištenja kisika i razvija se oštra hipoksija tkiva, što dovodi do strukturne dezorganizacije subcelularnih i staničnih elemenata, sve do nekroze. Kršenje staničnog disanja može biti potaknuto nedostatkom vitamina, na primjer, nedostatkom vitamina B 2, PP, koji su koenzimi respiratornih enzima.
Puferski sustavi su spojevi koji se suprotstavljaju oštrim promjenama koncentracije H + iona. Svaki puferski sustav je kiselo-bazni par: slaba baza (anion, A -) i slaba kiselina (H-anion, HA). Oni minimiziraju pomake u broju H+ iona zbog njihovog vezanja na anion i ugradnje u slabo disocirajući spoj, slabu kiselinu. Stoga se ukupni broj H + iona ne mijenja tako značajno koliko bi mogao biti.
Postoje tri puferska sustava tjelesnih tekućina − bikarbonat, fosfat, protein(uključujući hemoglobin Djeluju trenutno i nakon nekoliko minuta njihov učinak doseže maksimalan mogući učinak.
Sustav fosfatnog pufera
Fosfatni puferski sustav čini oko 2% ukupnog puferskog kapaciteta krvi i do 50% puferskog kapaciteta urina. Tvore ga hidrofosfat (HPO 4 2–) i dihidrofosfat (H 2 PO 4 –). Dihidrofosfat slabo disocira i ponaša se kao slaba kiselina, hidrofosfat ima alkalna svojstva. Normalno, omjer HPO 4 2– prema H 2 PO 4 je 4:1.
Kada kiseline (H + ioni) komuniciraju s disupstituiranim fosfatom (HPO 4 2-), nastaje dihidrogen fosfat (H 2 PO 4 -):
Uklanjanje H+ iona fosfatnim puferom
Zbog toga se koncentracija H + iona smanjuje.
Kada baze uđu u krv (višak OH - -skupina), one se neutraliziraju H + ionima koji ulaze u plazmu iz H 2 PO 4 - iona:
Uklanjanje alkalnih ekvivalenata fosfatnim puferom
Uloga fosfatnog pufera posebno je velika u unutarstaničnom prostoru i u lumenu bubrežnih tubula. acidobazna reakcija urin ovisi samo o sadržaju dihidrogenfosfata (H2 PO4 – ), jer natrijev bikarbonat se reapsorbira u bubrežnim tubulima.
Bikarbonatni puferski sustav
Ovaj sustav je najsnažniji i čini 65% ukupnog puferskog kapaciteta krvi. Sastoji se od bikarbonatnog iona (HCO 3 -) i ugljične kiseline (H 2 CO 3). Normalno, omjer HCO 3 - prema H 2 CO 3 je 20 : 1.
Kada ioni H + (tj. kiseline) uđu u krvotok, ioni natrijevog bikarbonata stupaju u interakciju s njima i nastaje ugljična kiselina:
Tijekom rada bikarbonatnog sustava koncentracija vodikovih iona se smanjuje, jer. ugljična kiselina je vrlo slaba kiselina i ne disocira dobro. Međutim, u krvi ne događa se paralelno značajno povećanje koncentracije HCO 3 -.
Ako tvari s alkalnim svojstvima uđu u krvotok, one reagiraju s ugljičnom kiselinom i stvaraju bikarbonatne ione:
Rad bikarbonatnog pufera neraskidivo je povezan s dišnim sustavom (s ventilacijom pluća). U plućnim arteriolama, uz smanjenje koncentracije CO 2 u plazmi i zbog prisutnosti enzima u eritrocitima karboanhidraza ugljična kiselina brzo se razgrađuje u CO 2 koji se uklanja s izdahnutim zrakom:
H 2 CO 3 → H 2 O + CO 2
Osim u eritrocitima, značajna aktivnost karboanhidraze zabilježena je u epitelu bubrežnih tubula, stanicama želučane sluznice, korteksu nadbubrežne žlijezde i stanicama jetre, u malim količinama - u središnjem živčani sustav, gušterača i drugi organi.
Proteinski puferski sustav
Proteini plazme, prvenstveno bjelanjak, djeluju kao pufer zbog svojih amfoternih svojstava. Njihov doprinos puferiranju krvne plazme je oko 5%.
NA kisela sredina disocijacija COOH skupina radikala aminokiselina (u asparaginskoj i glutaminskoj kiselini) je potisnuta, a NH 2 skupine (u argininu i lizinu) vežu višak H + . U ovom slučaju, protein je pozitivno nabijen.
NA alkalni okoliš povećava disocijaciju COOH skupina, H + ioni koji ulaze u plazmu vežu višak OH - iona i pH se održava. Proteini u ovom slučaju djeluju kao kiseline i negativno su nabijeni.
Promjena naboja proteinskih puferskih skupina pri različitim pH
Puferski sustav hemoglobina
Ima visoku moć krvi hemoglobinski pufer, čini do 28% ukupnog puferskog kapaciteta krvi. Kao kiselo dio pufera je oksigenirani hemoglobin H‑HbO2. Ima izražena kisela svojstva i 80 puta lakše odustaje od vodikovih iona nego reducirani H‑Hb, koji djeluje kao baza. Hemoglobinski pufer može se smatrati dijelom proteinskog pufera, ali njegova je značajka raditi u bliskom kontaktu s bikarbonatnim sustavom.
Promjena kiselosti hemoglobina događa se u tkivima i plućima, a uzrokovana je vezanjem H + odnosno O 2 . Izravni mehanizam djelovanja pufera je vezanje ili doniranje H + iona ostatak histidina u globinskom dijelu molekule (Bohrov efekt).
U tkivima je kiseliji pH normalno rezultat nakupljanja mineralnih (ugljične, sumporne, klorovodične) i organskih kiselina (mliječne kiseline). Kada se pH nadoknadi ovim puferom, H + ioni se vežu za nadolazeći oksihemoglobin (HbO 2) i pretvaraju ga u H‑HbO 2. To trenutačno uzrokuje oslobađanje kisika od oksihemoglobina (Bohrov učinak) i on se pretvara u smanjeni H-Hb.
HbO 2 + H + → → H-Hb + O 2
Zbog toga se smanjuje količina kiselina, prvenstveno H 2 CO 3 , stvaraju se HCO 3 ioni, a tkivni prostor postaje lužnat.
U plućima nakon uklanjanja CO 2 (ugljične kiseline) dolazi do alkalizacije krvi. U ovom slučaju, adicijom O 2 na deoksihemoglobin H-Hb nastaje kiselina jača od ugljične kiseline. Donira svoje H + ione mediju, sprječavajući povećanje pH:
H-Hb + O 2 → → HbO 2 + H +
Rad hemoglobinskog pufera smatra se neodvojivo od bikarbonatnog pufera:
Fosfatni puferski sustav čini oko 1-2% ukupnog puferskog kapaciteta krvi i do 50% puferskog kapaciteta urina.
Tvori ga natrijev dihidrogenfosfat (NaH2PO4) i natrijev hidrogenfosfat (Na2HPO4).
Prvi spoj slabo disocira i ponaša se kao slaba kiselina, drugi ima alkalna svojstva.
Normalno, omjer HPO42- prema H2PO4- je 4:1.
Kada kiseline (vodikovi ioni) komuniciraju s disupstituiranim natrijevim fosfatom (Na2HPO4), natrij se istiskuje i nastaje natrijeva sol dihidrogen fosfata (H2PO4–). Kao rezultat toga, zbog vezanja kiseline unesene u sustav, koncentracija vodikovih iona značajno se smanjuje.
HPO42– + H-anion > H2PO4– + anion–
Kada baze stignu, višak OH– skupina neutralizira se H+ prisutnim u mediju, a potrošnja H+ iona nadopunjuje se povećanjem disocijacije NaH2PO4.
H2PO4– + Kation-OH > Kation+ + HPO42– + H2O
Fosfatni pufer ima glavnu ulogu u regulaciji pH intersticijske tekućine i urina.
U urinu, njegova uloga je očuvanje natrijevog bikarbonata zbog dodatnog iona vodika (u usporedbi s NaHCO3) u izlučenom NaH2PO4:
Na2HPO4 + H2CO3 > NaH2PO4 + NaHCO3
Kiselo-bazna reakcija urina ovisi samo o sadržaju dihidrogen fosfata, tk. natrijev bikarbonat se reapsorbira u bubrežnim tubulima.
Proteinski puferski sustav
Puferski kapacitet ovog sustava je 5% ukupnog puferskog kapaciteta krvi.
Proteini plazme, prvenstveno albumin, djeluju kao pufer zbog svojih amfoternih svojstava.
U kiseloj sredini, disocijacija COOH skupina je potisnuta, a NH2 skupine vežu višak H +, dok je protein pozitivno nabijen.
U alkalnoj sredini povećava se disocijacija karboksilnih skupina, nastali H + vežu višak OH– iona i pH se održava, proteini djeluju kao kiseline i negativno su nabijeni.
Puferski sustav hemoglobina
Najveću snagu ima hemoglobinski pufer koji se može smatrati dijelom proteinskog pufera. Čini do 30% ukupnog puferskog kapaciteta krvi.
u puferskom sustavu hemoglobina bitnu ulogu igra histidin, koji je sadržan u proteinu u velikim količinama.
Izoelektrična točka histidina je 7,6, što hemoglobinu omogućuje lako prihvaćanje i lako odustajanje vodikovih iona pri najmanjoj promjeni fiziološkog pH krvi (normalno 7,35-7,45).
Ovaj međuspremnik predstavlja nekoliko podsustava:
Par HHb/HHbO2 glavni je u radu pufera hemoglobina.
Spoj HHbO2 je jača kiselina od ugljične kiseline, HHb je slabija kiselina od ugljične kiseline. Utvrđeno je da HHbO2 otpušta ione vodika 80 puta lakše nego HHb.
Dodatak vodikovih iona histidinskom ostatku deoksihemoglobina izgleda ovako:
Rad pufera hemoglobina neraskidivo je povezan s dišnim sustavom (na pitanje značaja pranayame! - ALG)
U plućima nakon uklanjanja CO2 (ugljične kiseline) dolazi do alkalizacije krvi.
U tom slučaju adicijom O2 na deoksihemoglobin H-Hb nastaje HHbO2 kiselina, koja je jača od ugljične kiseline. On donira svoje H+ ione mediju, sprječavajući povećanje pH:
H-Hb + O2 > > HbO2 + H+
U kapilarama tkiva stalna opskrba kiselina (uključujući ugljičnu) iz stanica dovodi do disocijacije oksihemoglobina HbO2 (Bohrov učinak) i vezanja H+ iona u obliku H-Hb:
HbO2+ H+ > > H-Hb + O2
Dugoročna stabilizacija pH pomaka
To je takozvana fiziološka kompenzacija acidobaznih poremećaja, koja se prvenstveno javlja zbog rada dišnog sustava i bubrega, au manjoj mjeri - zbog jetre i koštanog sustava.
Dišni sustav
Plućna ventilacija osigurava uklanjanje ugljične kiseline nastale tijekom rada bikarbonatnog puferskog sustava. Po brzini reakcije na promjene pH, ovo je drugi sustav nakon puferskih sustava.
Dodatna ventilacija pluća dovodi do uklanjanja CO2, a time i H2CO3, te povećava pH krvi, čime se kompenzira zakiseljavanje međustanične tekućine i krvne plazme produktima metabolizma, prvenstveno organskim kiselinama.
Pomaci u vrijednostima pO2 nisu jako značajni za promjene u plućnoj ventilaciji. Samo smanjenje pO2 na 8 kPa u arterijskoj krvi (norma je 11,04-14,36 kPa ili 83-108 mm Hg) dovodi do povećanja aktivnosti respiratornog centra.
Značajniji faktor za aktivaciju dišnog sustava je koncentracija H+ iona.
Akumulacija H+ iona u krvi nakon 1-2 minute uzrokuje maksimalnu (za određenu koncentraciju) stimulaciju respiratornog centra, povećavajući njegovu aktivnost do 4-5 puta, što dovodi do smanjenja pCO2 na 10-15 mm Hg.
Nasuprot tome, smanjenje kiselosti krvi smanjuje aktivnost respiratornog centra za 50-75%, dok se pCO2 može povećati na 60 mm Hg i više.
Kost
To je sustav koji najsporije reagira. Mehanizam njegovog sudjelovanja u regulaciji pH krvi je sposobnost izmjene Ca2+ i Na+ iona s krvnom plazmom u zamjenu za H+ protone. Dolazi do otapanja hidroksiapatitnih kalcijevih soli koštanog matriksa, otpuštanja iona Ca2+ i vezivanja iona HPO42– s H+ pri čemu nastaje dihidrogen fosfat koji se izlučuje mokraćom.
Paralelno, sa smanjenjem pH (zakiseljavanje), ioni H + ulaze u osteocite, a ioni kalija izlaze van.
Jetra
Bitnu, ali pasivnu ulogu u regulaciji acidobaznog stanja krvi ima jetra u kojoj se odvija metabolizam niskomolekularnih organskih kiselina (mliječne kiseline i dr.). Osim toga, kiseli i alkalni ekvivalenti izlučuju se u žuč.
bubrega
Razvoj bubrežnog odgovora na promjenu acidobaznog stanja događa se unutar nekoliko sati.
Regulacija koncentracije H+ iona provodi se neizravno, kroz tokove Na+ iona koji se kreću po koncentracijskom gradijentu, te preraspodjelu tokova K+ i H+ iona koji napuštaju epitelocite (luče se) u zamjenu za Na+ ione.
Također, kako bi se osigurala električna neutralnost intra- i ekstracelularne tekućine, tijekom reapsorpcije iona Na + povećava se reapsorpcija iona Cl-, ali oni nisu dovoljni, pa je potrebno povećati reapsorpciju i dodatnu sintezu HCO3- iona (i tu svoju ulogu ima soda - natrijev bikarbonat NaHCO3 Opskrbimo li organizam dodatnom količinom HCO3 iona putem sode, značajno smanjujemo opterećenje bubrega i pomažemo im u radu - ALG)
Tri su aktivna procesa u bubrezima povezana s uklanjanjem kiselih ekvivalenata. Zahvaljujući ovim procesima, pH urina može se smanjiti na 4,5-5,2:
1. Reapsorpcija bikarbonatnih iona HCO3–.
2. Acidogeneza - uklanjanje H+ iona titrirajućim kiselinama (uglavnom u sastavu NaH2PO4 dihidrogen fosfata).
3. Amonijegeneza - uklanjanje H+ iona u sastavu amonijevih iona NH4+.
Reapsorpcija bikarbonatnih iona
U proksimalnim tubulima ioni Na + migriraju u citosol epitelnih stanica zahvaljujući koncentracijskom gradijentu koji se stvara na bazolateralnoj membrani tijekom djelovanja enzima Na +, K + ATPaze.
U zamjenu za Na+ ione, epitelne stanice tubula aktivno izlučuju vodikove ione u tubularnu tekućinu.
HCO3– ioni primarne mokraće i izlučeni H+ ioni tvore ugljičnu kiselinu H2CO3.
U glikokaliksu epitelnih stanica enzim karboanhidraza katalizira razgradnju ugljične kiseline na CO2 i vodu.
Kao rezultat, koncentracijski gradijent ugljičnog dioksida nastaje između lumena tubula i citosola, a CO2 difundira u stanice.
Unutarstanična karboanhidraza koristi ulazni CO2 i stvara ugljičnu kiselinu koja disocira.
HCO3– ioni se transportiraju u krv, H+ ioni se izlučuju u urin u zamjenu za Na+ ione. Dakle, volumen reapsorpcije HCO3– u potpunosti odgovara izlučivanju H+ iona.
Proces reapsorpcije bikarbonatnih iona
U proksimalnim tubulima, 90% filtriranog HCO3– se reapsorbira.
Henleova petlja i distalni tubuli reapsorbiraju preostali karbonatni ion. Ukupno se više od 99% filtriranih bikarbonata reapsorbira u bubrežnim tubulima.
(Iz navedenog postaje jasno da dodatni prihod u bikarbonatni ionski sustav zbog unosa natrijeve bikarbone – sode – smanjuje opterećenje ove strane bubrega. Što je više slobodnih bikarbonatnih iona u sustavu, to je manja ovisnost organizma o tom procesu njihove reapsorpcije. Sukladno tome, bubrezi se po tom pitanju ne naprežu mnogo, zbog čega imamo urin alkalnije reakcije! Poznato je da je u novorođenčadi indeks urina blizu 8 ... ALG)
acidogeneza
U procesu acidogeneze dnevno se mokraćom izluči 10-30 mmol kiselina, koje nazivamo titracijskim kiselinama.
Fosfati, kao jedna od tih kiselina, igraju ulogu puferskog sustava u urinu.
Uloga ovog sustava je izlučivanje kiselinskih ekvivalenata bez gubitka bikarbonatnih iona zbog dodatnog vodikovog iona u izlučenom NaH2PO4 (u usporedbi s NaHCO3):
Na2HPO4 + H2CO3 > NaH2PO4 + NaHCO3
Nakon što se natrijev bikarbonat reapsorbira u bubrežnim tubulima, kiselost urina ovisi samo o vezanju H + iona na HPO42– i sadržaju dihidrogen fosfata.
Proces acidogeneze u bubrežnim tubulima
Iako je odnos HPO42– : H2PO4– u krvi 4:1, u glomerularnom filtratu mijenja se na 1:9.
To se događa zbog činjenice da se manje nabijeni H2PO4– bolje filtrira u glomerulima.
Vezanje H+ iona pomoću HRO42– iona kroz cijeli tubul dovodi do povećanja količine H2PO4–.
U distalnim tubulima omjer može doseći 1:50.
Amonijegeneza
Amonijegeneza se odvija u cijelom bubrežnom tubulu, ali je aktivnija u distalnim dijelovima - distalnim tubulima i sabirnim kanalima kortikalnog i medulalnog sloja. Glutamin i glutaminska kiselina, ulazeći u stanice tubula, brzo se deaminiraju enzimima glutaminaze i glutamat dehidrogenaze uz stvaranje amonijaka.
Budući da je hidrofoban spoj, amonijak difundira u lumen tubula i prihvaća H+ ione da bi formirao amonijev ion.
Izvor H+ iona u primarnom urinu u proksimalnom tubulu je Na+, H+ antiport. U distalnim dijelovima, za razliku od proksimalnih, dolazi do lučenja H+ iona uz sudjelovanje H+-ATPaze lokalizirane na apikalnoj membrani interkaliranih stanica.
Acidobazna ravnoteža.
Acidobazna ravnoteža je omjer koncentracije vodikovih (H +) i hidroksidnih (OH -) iona u tjelesnim tekućinama.
Konstantnost pH unutarnje okoline tijela posljedica je kombiniranog djelovanja puferskih sustava i niza fizioloških mehanizama.
1. Puferski sustavi krvi i tkiva:
Bikarbonat: NaHCO3 + H2CO3
Fosfat: NaHPO 4c + NaHPO 4k
Protein: protein-Na + + protein-H +
Hemoglobin: HbK + HbH +
2. Fiziološka kontrola:
Respiratorna funkcija pluća
ekskretorna funkcija bubrega
ASC odražava stanični metabolizam, funkciju prijenosa plinova u krvi, vanjsko disanje i metabolizam vode i soli.
Normalni pH krvi kreće se od 7,37 do 7,44, prosječna pH vrijednost je 7,4.
Puferski sustavi održavaju konstantan pH u prisutnosti kiselih i bazičnih (OH -) proizvoda. Puferski učinak objašnjava se vezanjem slobodnih H + i OH - iona komponentama pufera i njihovom pretvorbom u nedisocirani oblik slabe kiseline ili vode.
Puferski sustavi tijela sastoje se od slabih kiselina i njihovih soli s jakim bazama.
Za uklanjanje pH pomaka potrebna su različita vremena:
Puferski sustavi - 30 sek
Kontrola disanja - 1 - 3 min
Ekskretorna funkcija bubrega - 10 - 20 sati.
Puferski sustavi uklanjaju samo pH pomake. Fiziološki mehanizmi također vraćaju puferski kapacitet.
bikarbonatni puferski sustav.
Udio bikarbonatnog pufera čini oko 10% ukupnog puferskog kapaciteta krvi.
Bikarbonatni pufer sastoji se od ugljične kiseline, koja djeluje kao donor protona, i bikarbonatnog iona, koji djeluje kao akceptor protona.
H 2 CO 3 - slaba kiselina, teško disocira
H2CO3H++
NaHCO 3 - sol slabe kiseline i jake baze potpuno disocira:
NaNSO3Na++
Mehanizam međuspremnika
1. Kada kiseli proizvodi uđu u krv, ioni vodika komuniciraju s ionima bikarbonata, nastaje slabo disocirajuća ugljična kiselina:
H + + NaHCO 3 Na + + H 2 CO 3
Omjer H 2 CO 3 / NaHCO 3 se vraća, pH se ne mijenja (koncentracija NaHCO 3 lagano opada).
Pluća su odgovorna za uklanjanje ugljičnog dioksida.
2. Kada baze ulaze u krv iz tkiva, OH ioni - stupaju u interakciju sa slabom ugljičnom kiselinom (OH ioni - stupaju u interakciju s H + iz pufera, tvoreći H 2 O)
H 2 CO 3 + OH - H 2 O +
pH se održava i povećava. Višak pojačava disocijaciju H 2 CO 3, potrošnja H + se nadopunjuje povećanom disocijacijom H 2 CO 3.
Pri normalnom pH krvi, koncentracija bikarbonatnih iona u krvnoj plazmi premašuje koncentraciju ugljičnog dioksida za oko 20 puta:
Sustav fosfatnog pufera
Komponente međuspremnika:
Na 2 HPO 4s - sol - disupstituirani fosfat
NaH 2 RO 4k - slaba kiselina - monosupstituirani fosfat
Omjer 
Sustav fosfatnog pufera čini 1% puferskog kapaciteta krvi.
Mehanizam međuspremnika.
1. Kada kiseli metabolički produkti uđu u krvotok, H + ioni se vežu na disupstituirani fosfatni ion, nastaje kiseli monosupstituirani ion, čiji višak uklanjaju bubrezi s urinom:
Fosfatni pufer djeluje kada se pH mijenja u rasponu od 6,1 do 7,7. U krvi se maksimalni kapacitet fosfatnog pufera pojavljuje na 7,2.
Sustav fosfatnog pufera igra ključnu ulogu u regulaciji ASC unutar stanica, posebno u tubulima bubrega. To je zbog veće koncentracije fosfata u stanicama u usporedbi s izvanstaničnom tekućinom (oko 8% ukupnog puferskog kapaciteta). Fosfatni pufer sastoji se od dvije komponente: alkalne - (Na 2 HPO 4) i kisele - (NaH 2 PO 4).
Epitel tubula bubrega sadrži komponente pufera u maksimalnoj koncentraciji, što osigurava njegovu visoku snagu. U krvi, fosfatni pufer doprinosi održavanju ("regeneraciji") bikarbonatnog puferskog sustava. S povećanjem razine kiselina u krvnoj plazmi (koja sadrži i bikarbonatni i fosfatni pufer), koncentracija H 2 CO 3 raste, a sadržaj NaHCO 3 opada:
H 2 CO 3 + Na 2 HPO 4 NaHCO 3 + NaH 2 PO 4
Kao rezultat toga, eliminira se višak ugljične kiseline i povećava se razina NaHCO3.
Proteinski puferski sustav
Proteinski puferski sustav je glavni unutarstanični pufer. To je otprilike tri četvrtine puferskog kapaciteta unutarstanične tekućine.
Komponente proteinskog pufera su slabo disocirajući protein sa kisela svojstva(protein-COOH) i soli jake baze (protein-COONa). S povećanjem razine kiselina, one stupaju u interakciju sa soli proteina i stvaraju neutralnu sol i slabu kiselinu. S povećanjem koncentracije baza dolazi do njihove reakcije s proteinom s kiselim svojstvima. Kao rezultat, umjesto jake baze, nastaje slabo bazična sol.
Puferski sustav hemoglobina
Puferski sustav hemoglobina - najzapremitiji pufer krvi - čini više od polovice ukupnog puferskog kapaciteta. Hemoglobinski pufer sastoji se od kisele komponente - oksigenirane Hb - HbO 2 i bazične - neoksigenirane. HbO 2 disocira približno 80 puta jače uz povratni udar u H + medij nego Hb. Sukladno tome, veže više kationa, uglavnom K + .
Glavna uloga puferskog sustava hemoglobina je njegovo sudjelovanje u transportu CO 2 iz tkiva u pluća.
u kapilarama sistemske cirkulacije HbO 2 oslobađa kisik. U eritrocitima CO 2 stupa u interakciju s H 2 O i nastaje H 2 CO 3 . Ova kiselina disocira na HCO3- i H+, koji se spaja s Hb. Anioni HCO 3 - iz eritrocita odlaze u krvnu plazmu, a ekvivalentna količina Cl - aniona ulazi u eritrocite. Ioni Na + preostali u krvnoj plazmi stupaju u interakciju s HCO 3 - i zbog toga obnavljaju njegovu alkalnu rezervu.
u kapilarama pluća, u uvjetima niskog pCO 2 i visokog pO 2 , Hb dodaje kisik da nastane HbO 2 . Karbaminska veza je prekinuta i stoga se oslobađa CO 2 . Istodobno, HCO 3 - iz krvne plazme ulazi u eritrocite (u zamjenu za Cl - ione) i stupa u interakciju s H +, koji se odvaja od Hb u trenutku njegove oksigenacije. Nastali H 2 CO 3 pod utjecajem karboanhidraze se cijepa na CO 2 i H 2 O. CO 2 difundira u alveole i izlučuje se iz organizma.
Karbonati kostiju
Karbonati koštanog tkiva djeluju kao depo za puferske sustave tijela. Kosti sadrže veliku količinu soli ugljične kiseline: kalcijeve, natrijeve, kalijeve karbonate i dr. S akutnim povećanjem sadržaja kiselina (na primjer, kod akutnog srčanog, respiratornog ili bubrežnog zatajenja, šoka, kome i drugih stanja), kosti mogu osigurati do 30-40% puferskog kapaciteta. Otpuštanje kalcijevog karbonata u krvnu plazmu doprinosi učinkovitoj neutralizaciji viška H + . U uvjetima kroničnog opterećenja kiselim spojevima (na primjer, kod kronične srčane, jetrene, bubrežne, respiratorne insuficijencije), kosti mogu osigurati do 50% puferskog kapaciteta tjelesnih tekućina.
FIZIOLOŠKI MEHANIZMI
Uz moćno i brzo kemijski sustavi organski mehanizmi kompenzacije i otklanjanja pomaka u funkciji CBS-a u tijelu. Za njihovu provedbu i postizanje željenog učinka potrebno je više vremena - od nekoliko minuta do nekoliko sati. Najučinkovitiji fiziološki mehanizmi regulacije CBS-a uključuju procese koji se odvijaju u plućima, bubrezima, jetri i gastrointestinalnom traktu.
Pluća
Pluća osiguravaju eliminaciju ili smanjenje pomaka BBS promjenom volumena alveolarne ventilacije. Ovo je prilično pokretljiv mehanizam - unutar 1-2 minute nakon promjene volumena alveolarne ventilacije, pomaci u CBS-u se kompenziraju ili eliminiraju.
Uzrok promjene volumena disanja je izravna ili refleksna promjena ekscitabilnosti neurona dišnog centra.
Smanjeni pH u tjelesnim tekućinama(krvna plazma, CSF) je specifični refleksni podražaj za povećanje učestalosti i dubine respiratorni pokreti. Kao rezultat toga, pluća oslobađaju višak CO 2 (nastao disocijacijom ugljične kiseline). Kao rezultat toga, smanjuje se sadržaj H + (HCO 3 - + H + \u003d H 2 CO 3 ® H 2 O + CO 2) u krvnoj plazmi i drugim tjelesnim tekućinama.
Povećanje pH u tjelesnim tekućinama smanjuje ekscitabilnost inspiratornih neurona dišnog centra. To dovodi do smanjenja alveolarne ventilacije i uklanjanja CO 2 iz tijela, tj. do hiperkapnije. U tom smislu, u tekućim medijima tijela, povećava se razina ugljične kiseline, koja se disocira s stvaranjem H +, a pH se smanjuje.
Posljedično, sustav vanjskog disanja može vrlo brzo (unutar nekoliko minuta) eliminirati ili smanjiti pH pomake i spriječiti razvoj acidoze ili alkaloze: povećanje ventilacije pluća za faktor dva povećava pH krvi za oko 0,2; smanjenje ventilacije od 25% može smanjiti pH za 0,3-0,4.
bubrega
Glavni mehanizmi za smanjenje ili uklanjanje pomaka u acidobaznoj ravnoteži u krvi koje provode nefroni bubrega uključuju acidogenezu, amoniogenezu, izlučivanje fosfata i mehanizam izmjene K+,Na+.
acidogeneza. Ovaj proces ovisan o energiji, koji se odvija u epitelu distalnog nefrona i sabirnih kanalića, osigurava izlučivanje H+ u lumen tubula u zamjenu za reapsorbirani Na+ (Sl. 14-1).
LAYOUT Umetni datoteku " PF Slika 14 01 Reapsorpcija HCO3- u stanicama proksimalnog dijela »
Riža.14–1 .Reapsorpcija HCO 3 u proksimalnim stanicama.
CA - karboanhidraza.
LAYOUT Umetni datoteku " PF Slika 14 02 Reapsorpcija HCO3- u stanicama proksimalnog dijela »
Riža.14–2 .Izlučivanje H+ stanicama tubula i sabirnih kanalića.
CA - karboanhidraza.
Količina izlučenog H + je ekvivalentna njegovoj količini koja ulazi u krv s nehlapljivim kiselinama i H 2 CO 3 . Ponovno apsorbiran iz lumena tubula u krvnu plazmu, Na + je uključen u regeneraciju bikarbonatnog puferskog sustava plazme (Slika 13-2).
Amoniogeneza, kao i acidogeneza, provodi epitel tubula nefrona i sabirnih kanalića. Amoniogeneza se provodi oksidativnom deaminacijom aminokiselina, uglavnom (oko 2/3) - glutamina, u manjoj mjeri - alanina, asparagina, leucina, histidina. Nastali amonijak difundira u lumen tubula. Tamo NH 3 + dodaje H + ion da nastane amonijev ion (NH 4 +). Ioni NH 4 + zamjenjuju Na + u solima i oslobađaju se uglavnom u obliku NH 4 Cl i (NH 4) 2 SO 4 . Istodobno, ekvivalentna količina natrijevog bikarbonata ulazi u krv, što osigurava regeneraciju bikarbonatnog puferskog sustava.
Izlučivanje fosfata provodi epitel distalnih tubula uz sudjelovanje fosfatnog puferskog sustava:
Na 2 HPO 4 + H 2 CO 3 NaH 2 PO 4 + NaHCO 3
Nastali natrijev bikarbonat se reapsorbira u krv i održava bikarbonatni pufer, a NaH 2 PO 4 se izlučuje iz tijela urinom.
Dakle, izlučivanje H + tubularnim epitelom tijekom provedbe tri gore opisana mehanizma (acidogeneza, amoniogeneza, izlučivanje fosfata) povezano je s stvaranjem bikarbonata i njegovim ulaskom u krvnu plazmu. To osigurava stalno održavanje jednog od najvažnijih, obimnijih i mobilnih puferskih sustava - bikarbonata i, kao rezultat toga, učinkovito uklanjanje ili smanjenje pomaka u CBS-u koji su opasni za tijelo.
K + ,Na + ‑mehanizam izmjene, ostvaren u distalnim dijelovima nefrona i početnim dijelovima sabirnih kanalića, osigurava izmjenu Na + primarnog urina za K +, koji se u njega izlučuje pomoću epitelnih stanica. Reapsorbirani Na+ u tjelesnim tekućinama uključen je u regeneraciju bikarbonatnog puferskog sustava. Izmjenu K + ,Na + - kontrolira aldosteron. Osim toga, aldosteron regulira (povećava) volumen sekrecije i izlučivanje H +.
Dakle, bubrežni mehanizmi za uklanjanje ili smanjenje pomaka u acidobaznoj ravnoteži provode se izlučivanjem H + i obnavljanjem rezerve puferskog sustava ugljikovodika u tjelesnim tekućinama.
Jetra
Jetra igra značajnu ulogu u kompenzaciji pomaka u CBS-u. S jedne strane, u njemu djeluju zajednički unutarstanični i izvanstanični puferski sustavi (bikarbonatni, proteinski, itd.), S druge strane, u hepatocitima se odvijaju različite metaboličke reakcije koje su izravno povezane s uklanjanjem poremećaja CBS-a.
Sinteza krvnih proteina uključeni u proteinski puferski sustav. Svi albumini nastaju u jetri, kao i fibrinogen, protrombin, prokonvertin, proakcelerin, heparin, niz globulina i enzima.
Stvaranje amonijaka sposoban neutralizirati kiseline kako u samim hepatocitima, tako iu krvnoj plazmi iu intersticijalnoj tekućini.
Sinteza glukoze od neugljikohidratnih tvari - aminokiseline, glicerol, laktat, piruvat. Uključivanje ovih organskih nehlapljivih kiselina u stvaranje glukoze smanjuje njihov sadržaj u stanicama i biološkim tekućinama. Tako se UA, koju mnogi organi i tkiva ne mogu metabolizirati, u hepatocitima transformira u H 2 O i CO 2 za oko 80%, a preostala količina se resintetizira u glukozu. Tako se laktat pretvara u neutralne proizvode.
Uklanjanje nehlapljivih kiselina iz tijela- glukuron i sumpor za detoksikaciju produkata metabolizma i ksenobiotika.
Izlučivanje u crijevo kisele i bazične tvari sa žuči.
Želudac i crijeva
Želudac je uključen u prigušivanje pomaka acidobazne ravnoteže, uglavnom mijenjanjem lučenja klorovodične kiseline: kada su tjelesne tekućine alkalizirane, taj je proces inhibiran, a kada su zakiseljene, pojačan je. Crijeva doprinose smanjenju ili uklanjanju pomaka ASC kroz:
Izlučivanje crijevnog soka koji sadrži velike količine bikarbonata. U tom slučaju H + ulazi u krvnu plazmu.
Promjene u unosu tekućine. To doprinosi normalizaciji ravnoteže vode i elektrolita u stanicama, u izvanstaničnim i drugim biološkim tekućinama i, kao rezultat, normalizaciji pH vrijednosti.
Reapsorpcija komponenti puferskih sustava(Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3-).
Slične informacije.
