Буферные системы

Что это такое?
Бу́ферные систе́мы кро́ви (от англ. buff — «смягчать удар») — физиологические системы и механизмы, обеспечивающие заданные параметры кислотно-основного равновесия в крови.
Они являются «первой линией защиты», препятствующей резким перепадам pH внутренней среды живых организмов.

Вспоминаем химию
Кислоты- это вещества, способные отдавать Н+, тем самым увеличивая их концентрацию в среде, и следовательно уменьшая значение рН
Соляная кислота

Вспоминаем химию
Основания (щелочи)- вещества, способные принимать Н+, тем самым уменьшая их количество в среде, и соответственно повышают уровень рН
аммиак
аммоний

«Буфер»
«Буфер»- это такое вещество, которое при изменении рН может как отдать Н+, так и присоединить его, там самым сохраняя рН гомеостаз среды

Значения рН
Нейтральный рН (внутри клетки) = 6.8
Оптимальные значения рН крови= 7.35-7.45 (сред. 7.4)
Ацидоз = рН менее 7.35
Алкалоз = рН более 7.45
Кровь- это взвесь клеток в жидкой среде, поэтому ее кислотно-основное равновесие поддерживается совместным участием буферных систем плазмы и клеток крови.

Зачем нужно поддерживать opt рН?

Он обеспечивает постоянство конфигурации и нормального функционирования белков

Даёт возможность работать механизму «клеточной ловушки»

Какие они бывают?
бикарбона́тная
фосфа́тная
белко́вая
гемоглоби́новая

Бикарбонатная Б.С.
Мощная и самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови
Составляет ок.10% всей буферной емкости крови
Состоит из сопряженной пары молекулы угольной кислоты Н2СО3 (донор протона), и бикарбонат-иона НСО3– (акцептор)

Бикарбонатная Б.С.
При нормальном значении рН крови (7,4) концентрация ионов НСО3 больше конц. СО2 примерно в 20 раз
Таким образом, бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН 7,4
Концентрация гидрокарбоната натрия в крови значительно превышает концентрацию H2CO3, буферная ёмкость этой системы будет значительно выше по кислоте

Бикарбонатная Б.С.
Механизм: при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов (более сильной кислоты, чем угольная) водородные ионы Н+ взаимодействуют с ионами бикарбоната натрия и образуется слабодиссоциирующая угольная кислота Н2СО3 и соль
А уже эта кислота выводится из организма путем расщепления карбоангидразой на воду и СО2 (в эритроцитах) и гипервентиляции легких

Бикарбонатная Б.С.
Если увеличивается количество оснований- то основания забирают у угольной кислоты протон и на «выходе» образуется ион бикарбоната и вода.
При этом не происходит сколько-нибудь заметных сдвигов в величине рН
Затем включается уже физиологические механизмы задержки в плазме СО2 путем гиповентиляции

Фосфатная буферная система
Это сопряженная кислотно-основная пара, состоящая из иона Н2РО4– (донор ) и иона НРО42– (акцептор)
Роль кислоты в этой системе выполняет однозамещенный фосфат NaH2PO4, а роль соли двузамещенный фосфат – Na2HPO4
Составляет всего лишь 1% от буферной емкости крови
гидрофосфат

Фосфатная буферная система
При взаимодействии Na2HPO4 с какой- либо введенной в систему кислотой образуется нейтральная соль и NaH2PO4, а следовательно концентрация ионов водорода понижается
Na2HPO4 + H2CO3 ↔ NaH2PO4 + NaHCO3

Фосфатная буферная система
При поступлении в кровь оснований избыток ОН–‑групп нейтрализуется кислотными Н+, а расход ионов Н+ восполняется повышением диссоциации NaH2PO4.
Основное значение фосфатный буфер имеет для регуляции pH интерстициальной жидкости и мочи.

Фосфатная буферная система
Буферная пара (Н2РО4––НРО42–) способна оказывать влияние при изменениях рН в интервале от 6,1 до 7,7 и может обеспечивать определенную буферную емкость внутриклеточной жидкости, величина рН которой в пределах 6,9–7,4.
В крови максимальная емкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения рН 7,2.
Фосфатный буфер в крови находится в тесном взаимодействии с бикарбонатной буферной системой.

Белковая буферная система
Имеет меньшее значение для поддержания КОР в плазме крови,
Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков: белок–Н+(кислота, донор протонов) и белок (сопряженное основание, акцептор протонов).

Белковая буферная система
Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2–7,4.

Гемоглобиновая буферная система
Самая мощная БС, в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера
Составляет 75% от всей буферной емкости крови
Константа диссоциации кислотных групп гемоглобина зависит от его насыщения кислородом:
Если НЬ насыщен О2- он становится более сильной кислотой (ННbО2)
Но когда он отдал свой О2- он становится очень слабой кислотой (ННb)

Гемоглобиновая буферная система
Итак, гемоглобиновая БС состоит из неионизированного гемоглобина ННb (слабая кислота, донор) и калиевой соли гемоглобина КНb (сопряженное основание, акцептор).
Точно так же может быть рассмотрена оксигемоглобиновая БС.
Система гемоглобина и оксигемоглобина являются взаимопревращающимися системами и существуют как единое целое.

Гемоглобиновая буферная система
Буферные свойства гемоглобина обусловлены возможностью взаимодействия кислот с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:
КНb + Н2СO3—> КНСO3 + ННb

Гемоглобиновая буферная система
Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры легких, превращается в окси-гемоглобин (ННbО2), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови .