Acidobázická rovnováha zohráva obrovskú úlohu pri normálnom fungovaní ľudského tela. Krv cirkulujúca v tele je zmesou živých buniek, ktoré sú v tekutom prostredí. Prvým bezpečnostným prvkom, ktorý kontroluje hladinu pH v krvi, je tlmivý systém. Ide o fyziologický mechanizmus, ktorý zabezpečuje udržiavanie parametrov acidobázickej rovnováhy tým, že zabraňuje poklesu pH. Čo to je a aké má odrody, sa dozvieme nižšie.
Popis
Zásobníkový systém je jedinečný mechanizmus. V ľudskom tele je ich niekoľko a všetky pozostávajú z plazmy a krviniek. Pufre sú bázy (proteíny a anorganické zlúčeniny), ktoré viažu alebo dodávajú H+ a OH-, čím zničia posun pH do tridsiatich sekúnd. Schopnosť pufra udržiavať acidobázickú rovnováhu závisí od počtu prvkov, z ktorých sa skladá.
Typy krvných pufrov
Krv, ktorá sa neustále pohybuje, sú živé bunky,ktoré existujú v tekutom médiu. Normálne pH je 7, 37-7, 44. K väzbe iónov dochádza pri určitom pufri, klasifikácia pufrovacích systémov je uvedená nižšie. Sám pozostáva z plazmy a krviniek a môže to byť fosfát, proteín, bikarbonát alebo hemoglobín. Všetky tieto systémy majú pomerne jednoduchý mechanizmus účinku. Ich činnosť je zameraná na reguláciu hladiny iónov v krvi.
Vlastnosti hemoglobínového pufra
Systém hemoglobínového pufra je najvýkonnejší zo všetkých, je to zásada v kapilárach tkanív a kyselina v takom vnútornom orgáne, akým sú pľúca. Tvorí asi sedemdesiatpäť percent celkovej kapacity vyrovnávacej pamäte. Tento mechanizmus sa podieľa na mnohých procesoch, ktoré sa vyskytujú v ľudskej krvi, a vo svojom zložení má globín. Keď sa hemoglobínový pufor zmení na inú formu (oxyhemoglobín), táto forma sa zmení a zmenia sa aj kyslé vlastnosti účinnej látky.
Kvalita redukovaného hemoglobínu je nižšia ako kvalita kyseliny uhličitej, ale stáva sa oveľa lepšou, keď je oxidovaná. Keď sa získa kyslosť pH, hemoglobín kombinuje vodíkové ióny, ukazuje sa, že je už znížený. Keď sa oxid uhličitý odstráni z pľúc, pH sa stane zásaditým. V tomto čase hemoglobín, ktorý bol oxidovaný, pôsobí ako donor protónov, pomocou ktorého sa vyrovnáva acidobázická rovnováha. Takže pufer, ktorý pozostáva z oxyhemoglobínu a jeho draselnej soli, podporuje uvoľňovanie oxidu uhličitého z tela.
Tento systém vyrovnávacej pamäte fungujedôležitú úlohu v dýchacom procese, pretože vykonáva transportnú funkciu prenosu kyslíka do tkanív a vnútorných orgánov a odstraňovanie oxidu uhličitého z nich. Acidobázická rovnováha vo vnútri erytrocytov je udržiavaná na konštantnej úrovni, teda aj v krvi.
Keď je teda krv nasýtená kyslíkom, hemoglobín sa zmení na silnú kyselinu a keď sa vzdá kyslíka, zmení sa na dosť slabú organickú kyselinu. Systémy oxyhemoglobínu a hemoglobínu sú vzájomne konvertibilné, existujú ako jeden.
Vlastnosti bikarbonátového nárazníka
Systém bikarbonátového nárazníka je tiež výkonný, ale tiež najkontrolovanejší v tele. Tvorí asi desať percent z celkovej kapacity vyrovnávacej pamäte. Má všestranné vlastnosti, ktoré zaisťujú jeho obojsmernú účinnosť. Tento pufer obsahuje konjugovaný acidobázický pár, ktorý pozostáva z molekúl ako je kyselina uhličitá (zdroj protónov) a anión bikarbonát (akceptor protónov).
Systém bikarbonátového pufra teda podporuje systematický proces, pri ktorom silná kyselina vstupuje do krvného obehu. Tento mechanizmus viaže kyselinu na hydrogénuhličitanové anióny, čím vzniká kyselina uhličitá a jej soľ. Keď alkálie vstúpi do krvi, tlmivý roztok sa naviaže na kyselinu uhličitú a vytvorí hydrogénuhličitanovú soľ. Keďže v ľudskej krvi je viac hydrogénuhličitanu sodného ako kyseliny uhličitej, táto tlmivá kapacita bude mať vysokú kyslosť. Inými slovami, uhľovodíkový puforsystém (bikarbonát) veľmi dobre kompenzuje látky, ktoré zvyšujú kyslosť krvi. Patrí medzi ne kyselina mliečna, ktorej koncentrácia sa zvyšuje pri intenzívnej fyzickej námahe a tento tlmivý roztok veľmi rýchlo reaguje na zmeny acidobázickej rovnováhy v krvi.
Vlastnosti fosfátového pufra
Ľudský fosfátový tlmivý systém zaberá takmer dve percentá celkovej tlmivej kapacity, čo súvisí s obsahom fosfátov v krvi. Tento mechanizmus udržuje pH v moči a tekutine, ktorá je vo vnútri buniek. Pufer pozostáva z anorganických fosforečnanov: jednosýtnych (pôsobí ako kyselina) a dvojsýtnych (pôsobí ako zásada). Pri normálnom pH je pomer kyseliny k zásade 1:4. So zvýšením počtu vodíkových iónov sa na ne viaže fosfátový tlmivý systém a vytvára kyselinu. Tento mechanizmus je kyslejší ako zásaditý, takže dokonale neutralizuje kyslé metabolity, ako je kyselina mliečna, ktoré sa dostávajú do ľudského krvného obehu.
Funkcie proteínového pufra
Proteínový tlmivý roztok nehrá takú zvláštnu úlohu pri stabilizácii acidobázickej rovnováhy v porovnaní s inými systémami. Tvorí asi sedem percent z celkovej kapacity vyrovnávacej pamäte. Proteíny sa skladajú z molekúl, ktoré sa spájajú a vytvárajú acidobázické zlúčeniny. V kyslom prostredí pôsobia ako zásady, ktoré viažu kyseliny, v zásaditom prostredí sa všetko deje naopak.
To vedie k vytvoreniu proteínového pufrovacieho systému, ktorýje celkom účinný pri hodnote pH 7,2 až 7,4 Veľký podiel bielkovín tvoria albumíny a globulíny. Keďže náboj proteínu je nulový, pri normálnom pH je vo forme zásady a soli. Táto pufrovacia kapacita závisí od počtu proteínov, ich štruktúry a voľných protónov. Tento pufer dokáže neutralizovať kyslé aj zásadité produkty. Jeho kapacita je však kyslejšia ako zásaditá.
Funkcie erytrocytov
Normálne majú erytrocyty konštantné pH - 7, 25. Tu pôsobia hydrokarbonátové a fosfátové pufre. Ale z hľadiska sily sa líšia od tých v krvi. V erytrocytoch hrá proteínový pufor osobitnú úlohu pri zásobovaní orgánov a tkanív kyslíkom, ako aj pri odstraňovaní oxidu uhličitého z nich. Okrem toho udržuje konštantnú hodnotu pH vo vnútri erytrocytov. Proteínový pufor v erytrocytoch úzko súvisí s bikarbonátovým systémom, pretože pomer kyseliny a soli je tu menší ako v krvi.
Príklad vyrovnávacieho systému
Roztoky silných kyselín a zásad, ktoré majú slabé reakcie, majú premenlivé pH. Ale zmes kyseliny octovej s jej soľou si zachováva stabilnú hodnotu. Aj keď k nim pridáte kyselinu alebo zásadu, acidobázická rovnováha sa nezmení. Ako príklad uvažujme acetátový pufor, ktorý pozostáva z kyseliny CH3COOH a jej soli CH3COO. Ak pridáte silnú kyselinu, potom zásada soli naviaže ióny H + a zmení sa na kyselinu octovú. Zníženie aniónov solivyvážené zvýšením molekúl kys. Výsledkom je malá zmena v pomere kyseliny k jej soli, takže pH sa mení celkom nebadateľne.
Mechanizmus pôsobenia nárazníkových systémov
Keď sa kyslé alebo zásadité produkty dostanú do krvného obehu, pufer si udržiava konštantnú hodnotu pH, kým sa prichádzajúce produkty nevylúčia alebo nepoužijú v metabolických procesoch. V ľudskej krvi sú štyri pufre, z ktorých každý pozostáva z dvoch častí: kyseliny a jej soli, ako aj silnej zásady.
Účinok pufra je spôsobený skutočnosťou, že viaže a neutralizuje ióny, ktoré prichádzajú so zložením, ktoré mu zodpovedá. Keďže v prírode sa telo najviac stretáva s nedostatočne okysličenými metabolickými produktmi, vlastnosti tlmivého roztoku sú skôr protikyslé ako protizásadité.
Každý nárazníkový systém má svoj vlastný princíp fungovania. Keď hladina pH klesne pod 7,0, začne ich intenzívna aktivita. Začnú viazať prebytočné voľné vodíkové ióny a vytvárajú komplexy, ktoré pohybujú kyslíkom. To sa zase presúva do tráviaceho systému, pľúc, kože, obličiek atď. Takáto preprava kyslých a zásaditých produktov prispieva k ich vykladaniu a vylučovaniu.
V ľudskom tele zohrávajú dôležitú úlohu pri udržiavaní acidobázickej rovnováhy iba štyri tlmiace systémy, existujú však aj iné tlmivé roztoky, ako je acetátový tlmivý systém, ktorý má slabú kyselinu (donor) a jej soľ (akceptor). Schopnosť týchto mechanizmovodolať zmenám pH, keď kyselina alebo soľ vstúpi do krvi, je obmedzená. Udržiavajú acidobázickú rovnováhu iba vtedy, keď je dodaná silná kyselina alebo zásada v určitom množstve. Ak sa prekročí, pH sa dramaticky zmení, tlmivý systém prestane fungovať.
Účinnosť vyrovnávacej pamäte
Pufry krvi a erytrocytov majú rôznu účinnosť. V druhom prípade je vyššia, pretože tu je hemoglobínový pufor. K poklesu počtu iónov dochádza v smere z bunky do medzibunkového prostredia a následne do krvi. To naznačuje, že krv má najväčšiu vyrovnávaciu kapacitu, zatiaľ čo vnútrobunkové prostredie má najmenšiu.
Pri metabolizácii buniek sa objavujú kyseliny, ktoré prechádzajú do intersticiálnej tekutiny. To sa deje tým ľahšie, čím viac sa ich v bunkách objaví, pretože nadbytok vodíkových iónov zvyšuje priepustnosť bunkovej membrány. Klasifikácia nárazníkových systémov už poznáme. V erytrocytoch majú efektívnejšie vlastnosti, keďže tu stále zohrávajú úlohu kolagénové vlákna, ktoré reagujú opuchom na hromadenie kyseliny, absorbujú ju a uvoľňujú erytrocyty z vodíkových iónov. Táto schopnosť je spôsobená jej absorpčnou vlastnosťou.
Interakcia tlmičov v tele
Všetky mechanizmy, ktoré sú v tele, sú vzájomne prepojené. Krvné pufry pozostávajú z niekoľkých systémov, ktorých podiel na udržiavaní acidobázickej rovnováhy je rôzny. Keď krv vstúpi do pľúc, dostane kyslík.väzbou na hemoglobín v červených krvinkách, pričom vzniká oxyhemoglobín (kyselina), ktorý udržuje hladinu pH. Za asistencie karboanhydrázy dochádza paralelne k čisteniu krvi pľúc od oxidu uhličitého, ktorý sa v erytrocytoch vyskytuje vo forme slabej kyseliny dvojsýtnej uhličitej a karbaminohemoglobínu a v krvi - oxidu uhličitého a vody.
So znížením množstva slabej dvojsýtnej kyseliny uhličitej v erytrocytoch preniká z krvi do erytrocytu a krv sa čistí od oxidu uhličitého. Slabá dvojsýtna kyselina uhličitá teda neustále prechádza z buniek do krvi a neaktívne chloridové anióny sa dostávajú z krvi do erytrocytov, aby sa zachovala neutralita. Výsledkom je, že červené krvinky sú kyslejšie ako plazma. Všetky pufrovacie systémy sú odôvodnené pomerom donor-akceptor protónov (4:20), ktorý súvisí so zvláštnosťami metabolizmu ľudského tela, ktoré tvorí väčší počet kyslých produktov ako alkalických. Indikátor kapacít kyslého pufra je tu veľmi dôležitý.
Výmenné procesy v tkanivách
Acidobázická rovnováha je udržiavaná puframi a metabolickými premenami v telesných tkanivách. Tomu napomáhajú biochemické a fyzikálno-chemické procesy. Prispievajú k strate acidobázických vlastností metabolických produktov, ich viazaniu, tvorbe nových zlúčenín, ktoré sa rýchlo vylučujú z tela. Napríklad veľké množstvo kyseliny mliečnej sa vylučuje do glykogénu, organické kyseliny sú neutralizované sodnými soľami. Silnýkyseliny a zásady sa rozpúšťajú v lipidoch a organické kyseliny oxidujú za vzniku kyseliny uhličitej.
Nárazníkový systém je teda prvým pomocníkom pri normalizácii acidobázickej rovnováhy v ľudskom tele. Stabilita pH je nevyhnutná pre normálne fungovanie biologických molekúl a štruktúr, orgánov a tkanív. Za normálnych podmienok udržiavajú pufrovacie procesy rovnováhu medzi zavádzaním a odstraňovaním iónov vodíka a oxidu uhličitého, čo pomáha udržiavať konštantnú hladinu pH v krvi.
Ak dôjde k zlyhaniu v práci vyrovnávacích systémov, potom sa u človeka vyvinú patológie, ako je alkalóza alebo acidóza. Všetky vyrovnávacie systémy sú vzájomne prepojené a zamerané na udržanie stabilnej acidobázickej rovnováhy. Ľudské telo neustále produkuje veľké množstvo kyslých produktov, čo zodpovedá tridsiatim litrom silnej kyseliny.
Stálosť reakcií vo vnútri tela zabezpečujú silné pufre: fosfát, bielkovina, hemoglobín a bikarbonát. Existujú aj iné nárazníkové systémy, ale tieto sú hlavné a najpotrebnejšie pre živý organizmus. Bez ich pomoci sa u človeka vyvinú rôzne patológie, ktoré môžu viesť ku kóme alebo smrti.
