Acidobazická rovnováha hraje obrovskou roli v normálním fungování lidského těla. Krev cirkulující v těle je směsí živých buněk, které jsou v tekutém prostředí. Prvním bezpečnostním prvkem, který kontroluje hladinu pH v krvi, je systém pufrů. Jedná se o fyziologický mechanismus, který zajišťuje udržení parametrů acidobazické rovnováhy tím, že brání poklesu pH. Co to je a jaké má odrůdy, to zjistíme níže.
Popis
Vyrovnávací systém je jedinečný mechanismus. V lidském těle je jich několik a všechny se skládají z plazmy a krvinek. Pufry jsou báze (proteiny a anorganické sloučeniny), které vážou nebo dodávají H+ a OH- a ničí posun pH během třiceti sekund. Schopnost pufru udržovat acidobazickou rovnováhu závisí na počtu prvků, ze kterých se skládá.
Typy krevních pufrů
Krev, která se neustále pohybuje, jsou živé buňky,které existují v kapalném médiu. Normální pH je 7, 37-7, 44. K vazbě iontů dochází u určitého pufru, klasifikace pufrovacích systémů je uvedena níže. Skládá se z plazmy a krvinek a může to být fosfát, protein, bikarbonát nebo hemoglobin. Všechny tyto systémy mají poměrně jednoduchý mechanismus účinku. Jejich činnost je zaměřena na regulaci hladiny iontů v krvi.
Vlastnosti hemoglobinového pufru
Systém hemoglobinu je nejvýkonnější ze všech, je to zásada v kapilárách tkání a kyselina v takovém vnitřním orgánu, jako jsou plíce. Tvoří asi sedmdesát pět procent celkové kapacity vyrovnávací paměti. Tento mechanismus se podílí na mnoha procesech, které se vyskytují v lidské krvi, a má ve svém složení globin. Když se hemoglobinový pufr změní na jinou formu (oxyhemoglobin), tato forma se změní a také se změní kyselé vlastnosti účinné látky.
Kvalita redukovaného hemoglobinu je nižší než u kyseliny uhličité, ale je mnohem lepší, když je oxidována. Když je získána kyselost pH, hemoglobin kombinuje vodíkové ionty, ukazuje se, že je již snížen. Když je oxid uhličitý vyčištěn z plic, pH se stává zásadité. V této době působí oxidovaný hemoglobin jako donor protonů, s jehož pomocí se vyrovnává acidobazická rovnováha. Takže pufr, který se skládá z oxyhemoglobinu a jeho draselné soli, podporuje uvolňování oxidu uhličitého z těla.
Tento vyrovnávací systém fungujedůležitou roli v dýchacím procesu, protože plní transportní funkci přenosu kyslíku do tkání a vnitřních orgánů a odstraňování oxidu uhličitého z nich. Acidobazická rovnováha uvnitř erytrocytů je udržována na konstantní úrovni, tedy i v krvi.
Když je tedy krev nasycena kyslíkem, hemoglobin se změní na silnou kyselinu, a když se vzdá kyslíku, změní se na docela slabou organickou kyselinu. Systémy oxyhemoglobinu a hemoglobinu jsou vzájemně konvertibilní, existují jako jeden.
Vlastnosti bikarbonátového pufru
Systém bikarbonátového pufru je také výkonný, ale také nejkontrolovanější v těle. Tvoří asi deset procent celkové kapacity vyrovnávací paměti. Má všestranné vlastnosti, které zajišťují jeho obousměrnou účinnost. Tento pufr obsahuje konjugovaný pár kyseliny a báze, který se skládá z molekul, jako je kyselina uhličitá (zdroj protonů) a hydrogenuhličitan aniontu (akceptor protonů).
Systém bikarbonátového pufru tedy podporuje systematický proces, kdy silná kyselina vstupuje do krevního řečiště. Tento mechanismus váže kyselinu na hydrogenuhličitanové anionty za vzniku kyseliny uhličité a její soli. Když alkálie vstoupí do krve, pufr se naváže na kyselinu uhličitou a vytvoří hydrogenuhličitanovou sůl. Protože v lidské krvi je více hydrogenuhličitanu sodného než kyseliny uhličité, bude mít tato pufrovací kapacita vysokou kyselost. Jinými slovy, uhlovodíkový pufrsystém (bikarbonát) velmi dobře kompenzuje látky zvyšující kyselost krve. Patří mezi ně kyselina mléčná, jejíž koncentrace se zvyšuje při intenzivní fyzické námaze a tento pufr velmi rychle reaguje na změny acidobazické rovnováhy v krvi.
Vlastnosti fosfátového pufru
Systém lidského fosfátového pufru zabírá téměř dvě procenta celkové pufrovací kapacity, což souvisí s obsahem fosfátů v krvi. Tento mechanismus udržuje pH v moči a tekutině, která je uvnitř buněk. Pufr se skládá z anorganických fosforečnanů: jednosytných (působí jako kyselina) a dvojsytných (působí jako zásady). Při normálním pH je poměr kyseliny k zásadě 1:4. S nárůstem počtu vodíkových iontů se na ně váže fosfátový pufrovací systém a vytváří kyselinu. Tento mechanismus je kyselejší než zásaditý, takže dokonale neutralizuje kyselé metabolity, jako je kyselina mléčná, vstupující do lidského krevního oběhu.
Vlastnosti proteinového pufru
Proteinový pufr nehraje tak zvláštní roli při stabilizaci acidobazické rovnováhy ve srovnání s jinými systémy. Tvoří asi sedm procent celkové kapacity vyrovnávací paměti. Proteiny se skládají z molekul, které se spojují a vytvářejí acidobazické sloučeniny. V kyselém prostředí působí jako zásady, které vážou kyseliny, v zásaditém prostředí se vše děje naopak.
To vede k vytvoření proteinového pufrovacího systému, kterýje poměrně účinný při hodnotě pH 7,2 až 7,4 Velký podíl bílkovin tvoří albuminy a globuliny. Protože je proteinový náboj nulový, při normálním pH je ve formě alkálie a soli. Tato pufrovací kapacita závisí na počtu proteinů, jejich struktuře a volných protonech. Tento pufr dokáže neutralizovat kyselé i zásadité produkty. Ale jeho kapacita je kyselejší než alkalická.
Funkce erytrocytů
Normálně mají erytrocyty konstantní pH - 7, 25. Zde působí hydrokarbonátové a fosfátové pufry. Ale pokud jde o sílu, liší se od těch v krvi. V erytrocytech hraje proteinový pufr zvláštní roli při zásobování orgánů a tkání kyslíkem a také při odstraňování oxidu uhličitého z nich. Navíc udržuje konstantní hodnotu pH uvnitř erytrocytů. Proteinový pufr v erytrocytech úzce souvisí s bikarbonátovým systémem, protože poměr kyseliny a soli je zde menší než v krvi.
Příklad systému vyrovnávací paměti
Roztoky silných kyselin a zásad, které mají slabé reakce, mají proměnlivé pH. Ale směs kyseliny octové s její solí si zachovává stabilní hodnotu. I když k nim přidáte kyselinu nebo zásadu, acidobazická rovnováha se nezmění. Jako příklad uveďme acetátový pufr, který se skládá z kyseliny CH3COOH a její soli CH3COO. Pokud přidáte silnou kyselinu, pak báze soli naváže ionty H + a změní se na kyselinu octovou. Snížení aniontů solivyvážené zvýšením molekul kyselin. Výsledkem je malá změna v poměru kyseliny k její soli, takže se pH mění zcela nepostřehnutelně.
Mechanismus působení nárazníkových systémů
Když se kyselé nebo zásadité produkty dostanou do krevního řečiště, pufr udržuje konstantní hodnotu pH, dokud nejsou příchozí produkty vyloučeny nebo použity v metabolických procesech. V lidské krvi jsou čtyři pufry, z nichž každý se skládá ze dvou částí: kyseliny a její soli a také silné zásady.
Účinek pufru je způsoben tím, že váže a neutralizuje ionty, které přicházejí s odpovídajícím složením. Vzhledem k tomu, že v přírodě se tělo nejvíce setkává s nedostatečně oxidovanými produkty metabolismu, vlastnosti pufru jsou spíše protikyselé než protizásadité.
Každý vyrovnávací systém má svůj vlastní princip fungování. Když hladina pH klesne pod 7,0, začne jejich energická aktivita. Začnou vázat přebytečné volné vodíkové ionty a vytvářet komplexy, které pohybují kyslíkem. To se zase přesouvá do trávicího systému, plic, kůže, ledvin a tak dále. Taková přeprava kyselých a zásaditých produktů přispívá k jejich vykládání a vylučování.
V lidském těle hrají důležitou roli při udržování acidobazické rovnováhy pouze čtyři pufrové systémy, ale existují i jiné pufry, jako je acetátový pufrový systém, který má slabou kyselinu (donor) a její sůl (akceptor). Schopnost těchto mechanismůodolnost proti změnám pH, když kyselina nebo sůl vstoupí do krve, je omezená. Udržují acidobazickou rovnováhu pouze tehdy, když je v určitém množství dodávána silná kyselina nebo zásada. Pokud je překročeno, pH se dramaticky změní, pufrovací systém přestane fungovat.
Účinnost vyrovnávací paměti
Pufry krve a erytrocytů mají různou účinnost. V druhém případě je vyšší, protože je zde hemoglobinový pufr. K poklesu počtu iontů dochází směrem z buňky do mezibuněčného prostředí a následně do krve. To naznačuje, že krev má největší pufrační kapacitu, zatímco intracelulární prostředí má nejmenší.
Když jsou buňky metabolizovány, objevují se kyseliny, které přecházejí do intersticiální tekutiny. To se děje tím snadněji, čím více se jich v buňkách objeví, protože přebytek vodíkových iontů zvyšuje propustnost buněčné membrány. Klasifikace nárazníkových systémů již známe. V erytrocytech mají účinnější vlastnosti, jelikož zde stále hrají roli kolagenová vlákna, která reagují bobtnáním na hromadění kyseliny, absorbují ji a uvolňují erytrocyty z vodíkových iontů. Tato schopnost je způsobena její absorpční vlastností.
Interakce nárazníků v těle
Všechny mechanismy, které jsou v těle, jsou vzájemně propojeny. Krevní pufry se skládají z několika systémů, jejichž podíl na udržení acidobazické rovnováhy je různý. Když krev vstupuje do plic, dostává kyslík.vazbou na hemoglobin v červených krvinkách za vzniku oxyhemoglobinu (kyseliny), který udržuje hladinu pH. Za asistence karboanhydrázy dochází paralelně k čištění krve plic od oxidu uhličitého, který je v erytrocytech přítomen ve formě slabé dvojsytné kyseliny uhličité a karbaminohemoglobinu a v krvi - oxidu uhličitého a vody.
S poklesem množství slabé dvojsytné kyseliny uhličité v erytrocytech proniká z krve do erytrocytu a krev se čistí od oxidu uhličitého. Slabá dvojsytná kyselina uhličitá tak neustále přechází z buněk do krve a neaktivní chloridové anionty se dostávají z krve do erytrocytů, aby byla zachována neutralita. V důsledku toho jsou červené krvinky kyselejší než plazma. Všechny pufrové systémy jsou odůvodněny poměrem donor-akceptor protonu (4:20), který souvisí se zvláštnostmi metabolismu lidského těla, které tvoří větší množství kyselých produktů než alkalických. Velmi důležitý je zde ukazatel kapacity kyselého pufru.
Výměnné procesy v tkáních
Acidobazická rovnováha je udržována pufry a metabolickými přeměnami v tělesných tkáních. Tomu napomáhají biochemické a fyzikálně-chemické procesy. Přispívají ke ztrátě acidobazických vlastností metabolických produktů, jejich vazbě, tvorbě nových sloučenin, které se rychle vylučují z těla. Například velké množství kyseliny mléčné je vylučováno do glykogenu, organické kyseliny jsou neutralizovány sodnými solemi. Silnýkyseliny a zásady se rozpouštějí v lipidech a organické kyseliny oxidují za vzniku kyseliny uhličité.
Vyrovnávací systém je tedy prvním pomocníkem při normalizaci acidobazické rovnováhy v lidském těle. Stabilita pH je nezbytná pro normální fungování biologických molekul a struktur, orgánů a tkání. Za normálních podmínek udržují pufrovací procesy rovnováhu mezi zavedením a odstraněním iontů vodíku a oxidu uhličitého, což pomáhá udržovat konstantní hladinu pH v krvi.
Pokud dojde k selhání v práci vyrovnávacích systémů, pak se u člověka vyvinou patologie, jako je alkalóza nebo acidóza. Všechny pufrovací systémy jsou propojeny a zaměřeny na udržení stabilní acidobazické rovnováhy. Lidské tělo neustále produkuje velké množství kyselých produktů, což odpovídá třiceti litrům silné kyseliny.
Stálost reakcí uvnitř těla zajišťují silné pufry: fosfát, protein, hemoglobin a bikarbonát. Existují i jiné nárazníkové systémy, ale tyto jsou hlavní a pro živý organismus nejnutnější. Bez jejich pomoci se u člověka vyvinou různé patologie, které mohou vést ke kómatu nebo smrti.
