МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Физиология человека:
Физиология
Физиология клетки
Физиология эндокринной системы
Физиология пищеварительной системы
Физиология клеток крови
Физиология обмена веществ, питания
Физиология почек, КЩС, солевого обмена
Физиология репродуктивной функции
Физиология органов чувств
Физиология нервной системы
Физиология иммунной системы
Физиология кровообращения
Физиология дыхания
Физиология водолазов, дайверов
Видео по физиологии
Книги по физиологии
Форум
 

Поддержание концентрации ионов водорода. Функции буферных систем

а) Механизмы, препятствующие изменению концентрации ионов водорода. Роль буферных систем, легких и почек. Существуют три основные системы, деятельность которых направлена на регуляцию содержания ионов Н+ в жидких средах, препятствующих возникновению ацидоза или алкалоза:

(1) буферные системы жидких сред организма, которые немедленно вступают в химическую реакцию с кислотой или щелочью, предотвращая изменения содержания ионов Н+;

(2) система дыхания, дыхательный центр которой регулирует выведение CO2 легкими (следовательно, H2CO3) из внеклеточной жидкости;

(3) почки, которые способны выделять кислую или щелочную мочу, компенсируя таким образом состояние развившегося ацидоза или алкалоза.

При изменениях содержания протонов буферные системы за доли секунды вносят коррективы, сглаживая последствия подобных вмешательств. Буферные системы не выводят протоны и не увеличивают их содержания в организме, они связывают Н+ до тех пор, пока не восстановится кислотно-щелочное равновесие.

Второй «линией обороны» служит дыхательная система, которая за несколько минут способна вывести из организма СО2 , а следовательно, и H2CO3.

Первые две «линии обороны» предотвращают развитие значительных изменений в содержании ионов Н+, пока более медленные механизмы третьей системы — выделительной — не устранят избыточное содержание кислот или оснований. По сравнению с другими системами почки действуют медленнее (несколько часов или суток), но эффективность их деятельности в поддержании кислотно-щелочного равновесия является гораздо более высокой.

Относительная ёмкость буферов крови

Относительная ёмкость буферов крови

Буферизация ионов водорода в жидких средах организма

Буфером называют любое вещество, способное обратимо связываться с протонами. Общая схема буферных реакций имеет следующий вид: Буфер + Н+ <=> Н Буфер

В этом примере свободный протон связывается с буферным соединением, образуя слабую кислоту (Н Буфер), где протон может оставаться в связанном виде или вновь диссоциировать. При увеличении концентрации ионов Н+ реакция сдвигается вправо, а при снижении — влево. Благодаря этому механизму изменения содержания ионов Н+ в жидких средах минимальны.

Значение буферных систем для организма можно понять, приняв во внимание, что, несмотря на образование в течение суток сравнительно высокого количества кислых продуктов, концентрация ионов Н+ в жидких средах остается на низком уровне. Например, с пищей или в результате обменных процессов в сутки образует ся около 80 мэкв ионов Н+, тогда как их концентрация составляет лишь около 0,00004 мэкв/л. При отсутствии буферных систем образование в организме или всасывание в желудочно-кишечном тракте такого количества кислых продуктов должно приводить к значительным изменениям концентрации ионов Н+.

Механизм действия буферных систем в поддержании кислотно-щелочного равновесия может быть проиллюстрирован на примере самой мощной из них — бикарбонатной буферной системы.

Бикарбонатная буферная система

Бикарбонатная буферная система состоит из водного раствора, который содержит два компонента:

(1) слабую кислоту H2CO3;

(2) соль бикарбоната, например NaHCO3.

H2CO3 образуется в организме с помощью реакции СО2 с H2O: СО2 + H2O <=> H2CO3

Эта реакция без фермента карбоангидразы протекает медленно, сопровождаясь образованием незначительного количества H2CO3. Карбоангидраза в значительном количестве присутствует в стенке легочных альвеол, где происходит выделение CO2 , а также в эпителиальных клетках канальцев почки, где углекислота взаимодействует с водой, образуя H2CO3.

H2CO3 диссоциирует слабо, образуя небольшое количество ионов Н+ и HCO3-: H2CO3 <=> H+ + HCO3-

Второй компонент системы — ион бикарбоната — во внеклеточной жидкости встречается преимущественно в виде двууглекислого натрия (NaHCO3). Он диссоциирует почти полностью, образуя HCO3- и Na+: NaHCO3 <=> Na+ + HCO3-.

B целом бикарбонатная буферная система представляет собой следующее: CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3-.

H2CO3 диссоциирует слабо, поэтому концентрация ионов Н+, высвобождающихся в раствор, чрезвычайно мала.

При добавлении к буферу сильной кислоты, например HCl, протоны, поступившие с кислотой (HCl —> Н+ + Сl-), нейтрализуются HCO3-: Н+ + HCO3- -> H2CO3 -> СО2 + H2O.

В результате формируется больше H2CO3, что способствует увеличению образования СО2 и H2O. Согласно представленным реакциям, видно, что Н+ сильной кислоты НСl реагирует с HCO3-, образуя слабую кислоту H2CO3, которая распадается на углекислый газ и воду. Избыток CO2 существенным образом стимулирует вентиляцию легких, способствуя высвобождению CO2 из внеклеточной жидкости.

Реакции противоположного направления наблюдаются при добавлении к буферному раствору сильного основания, например едкого натра (NaOH): NaOH + H2CO3 -> NaHCO3- + H2O

В этом случае ион ОН- реагирует с H2CO3, способствуя дополнительному образованию HCO3-. Таким образом, слабое основание ИаНСОз замещает сильное NaOH. Одновременно с этим происходит снижение концентрации H2CO3 в растворе (поскольку она реагирует с NaOH), что способствует реакции и синтезу новых молекул угольной кислоты из CO2 с H2O:

Поддержание концентрации ионов водорода. Функции буферных систем

В итоге намечается тенденция к снижению уровня CO2 в плазме, что, в свою очередь, тормозит дыхательный центр и уменьшает выделение CO2. Возникает повышение содержания ионов HCO3-, компенсируемое за счет выделения бикарбонатов почками.

Количественная оценка свойств бикарбонатной буферной системы

Все кислоты, включая H2CO3, в известной мере способны к диссоциации. Согласно закону сохранения вещества концентрация ионов Н+ и HCO3- пропорциональна содержанию H2CO3.

H2CO3 <=> H+ + HCO3-

Концентрация любой кислоты относительно содержания ионов, на которые она диссоциирует, определяется константой диссоциации (К'):

К' = (H+ x HCO3-) / H2CO3.

Это уравнение свидетельствует о том, что в растворе угольной кислоты количество свободных ионов Н+ равно:

H+ = К' x (H2CO3 / HCO3-).

Концентрация H2CO3 в недиссоциированной форме в данном растворе не может быть измерена, поскольку угольная кислота быстро разлагается на CO2 и H2O или диссоциирует на ионы Н+ и HCO3-. Тем не менее, количество CO2, растворенного в плазме, прямо пропорционально количеству недиссоциированных молекул H2CO3. Следовательно, уравнение 2 можно представить в следующем виде:

Н+ = K x (CO2 / HCO3-).

Константа диссоциации (К) для уравнения 3 составит лишь 1/400 константы диссоциации (К') уравнения 2, поскольку соотношение между H2CO3 и CO2 равно 1 : 400.

Уравнение 3 выражено в форме, отражающей общее количество СО2 в растворе. Тем не менее, в большинстве клинических лабораторий измеряют не общее количество углекислоты в плазме, а напряжение (РCO2). Между общим количеством углекислоты и РCO2 существует линейная зависимость: она равна произведению РCO2 на коэффициент растворимости. При физиологических условиях и нормальной температуре коэффициент растворимости для CO2 равен 0,03 ммоль/мм рт. ст. Это означает, что на каждый миллиметр парциального давления, измеренного в плазме, приходится 0,03 ммоль H2CO3, поэтому уравнение 3 может быть преобразовано следующим образом:

H+ = K x ((0,03 x РCO2) / HCO3-).

- Также рекомендуем "Уравнение Гендерсона-Хассельбаха. Буферная емкость"

Оглавление темы "Регуляция объема жидкости. Кислотно-щелочное равновесие":
1. Задержка натрия ангиотензином II. Регуляция функции почек альдостероном
2. АДГ и предсердный натрийуретический пептид в регуляции выделения почками воды
3. Реакции на изменение поступления натрия. Увеличение объема крови при патологии сердца
4. Причины увеличения объема крови. Причины увеличения межклеточной жидкости
5. Кислотно-щелочное равновесие. Регуляция концентрации ионов водорода
6. Сильные, слабые кислоты и основания. Концентрация ионов водорода и pH
7. Поддержание концентрации ионов водорода. Функции буферных систем
8. Уравнение Гендерсона-Хассельбаха. Буферная емкость
9. Бикарбонатная буферная система. Фосфатная буферная система
10. Внутриклеточные буферные системы. Изогидрическое правило буферных систем
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.