Підтримка концентрації іонів водню. Функції буферних систем

Відео: Налаштування станції дезінфекції Pool Basic ePool.ru

існують три основні системи, діяльність яких спрямована на регуляцію змісту іонів Н + в рідких середовищах, що перешкоджають виникненню ацидозу або алкалозу: (1) буферні системи рідких середовищ організму, які негайно вступають в хімічну реакцію з кислотою або лугом, запобігаючи зміни змісту іонів Н + - (2) система дихання, дихальний центр якої регулює виведення СО2 легкими (отже, Н2СО3) з позаклітинного рідини-(3) нирки, які здатні виділяти кислу або лужну сечу, компенсуючи таким чином стан розвинувся ацидозу або алкалозу.

при змінах змісту протонів буферні системи за частки секунди вносять корективи, згладжуючи наслідки подібних втручань. Буферні системи не виводять протони і не збільшують їх вмісту в організмі, вони пов`язують Н + до тих пір, поки не відновиться кислотно-лужну рівновагу.
другий «лінією оборони»Служить дихальна система, яка за кілька хвилин здатна вивести з організму СО2, а отже, і Н2СО3.

Перші дві «лінії оборони» запобігають розвитку значних змін у змісті іонів Н +, поки повільніші механізми третьої системи - видільної - не усунуть надлишковий вміст кислот або підстав. У порівнянні з іншими системами нирки діють повільніше (кілька годин або діб), але ефективність їх діяльності в підтримці кислотно-лужної рівноваги є набагато вищою.
буфером називають будь-яка речовина, здатне оборотно зв`язуватися з протонами. Загальна схема буферних реакцій має наступний вигляд: Буфер + Н + lt; = gt; Н Буфер

У цьому прикладі вільний протон зв`язується з буферним з`єднанням, утворюючи слабку кислоту (Н Буфер), де протон може залишатися в пов`язаному вигляді або знову диссоциировать. При збільшенні концентрації іонів Н + реакція зсувається вправо, а при зниженні - вліво. Завдяки цьому механізму зміни змісту іонів Н + в рідких середовищах мінімальні.

Значення буферних систем для організму можна зрозуміти, взявши до уваги, що, незважаючи на освіту протягом доби порівняно високої кількості кислих продуктів, концентрація іонів Н + в рідких середовищах залишається на низькому рівні. Наприклад, з їжею або в результаті обмінних процесів в добу утворює ся близько 80 мекв іонів Н +, тоді як їх концентрація становить лише близько 0,00004 мекв / л. При відсутності буферних систем освіту в організмі або всмоктування в шлунково-кишковому тракті такої кількості кислих продуктів повинно призводити до значних змін концентрації іонів Н +.

Механізм дії буферних систем в підтримці кислотно-лужної рівноваги може бути проілюстрований на прикладі найпотужнішою з них - бикарбонатной буферної системи.
Бикарбонатная буферна система складається з водного розчину, який містить два компоненти: (1) слабку кислоту Н2СО3- (2) сіль бікарбонату, наприклад NaНСОз.

Н2СО3 утворюється в організмі за допомогою реакції СО2 з Н2О: со2 + н2оlt; = gt; Н2СО3
Ця реакція без ферменту карбоангідрази протікає повільно, супроводжуючись утворенням незначної кількості Н2СО3. Карбоангидраза в значній кількості присутній в стінці легеневих альвеол, де відбувається виділення СО2, а також в епітеліальних клітинах канальців нирки, де вуглекислота взаємодіє з водою, утворюючи Н2СО3.
Н2СО3 диссоциирует слабо, утворюючи невелику кількість іонів Н + і НСО3: Н2СО3 lt; = gt; н + + НСО3

Другий компонент системи - Іон бікарбонату - в позаклітинній рідині зустрічається переважно у вигляді двовуглекислого натрію (NaHCC ^). Він дисоціює майже повністю, утворюючи НСО3- і Na +: NaHC03 lt; = gt; Na + + HCО3.
B цілому бикарбонатная буферна система являє собою наступне: со2 + Н2О lt; = gt; Н2СО3 lt; = gt; н + + НСО 3.

Н2СО3 диссоциирует слабо, тому концентрація іонів Н +, що вивільняються в розчин, надзвичайно мала.
при додаванні до буферу сильної кислоти, наприклад НС1, протони, що надійшли з кислотою (НС1 -gt; Н + + Сl-), нейтралізуються НСО3: Н + + НСО 3 -gt; Н2СО3 -gt; С02 + Н2О.

В результаті формується більше Н2СО3, що сприяє збільшенню освіти СО2 і Н2О. Згідно з представленими реакцій, видно, що Н + сильної кислоти НСl реагує з НСО3, утворюючи слабку кислоту Н2СО3, яка розпадається на вуглекислий газ і воду. Надлишок СО2 істотно стимулює вентиляцію легенів, сприяючи вивільненню СО2 з позаклітинної рідини.

Реакції протилежного напрямку спостерігаються при додаванні до буферного розчину сильного підстави, наприклад їдкого натру (NaOH): NaOH + H2CO3 -gt; NaHC03 + H20

В цьому випадку іон ОН- реагує з Н2СО3, сприяючи додаткової освіти НСОз ~. Таким чином, слабка основа ІаНСОз заміщає сильне NaOH. Одночасно з цим відбувається зниження концентрації Н2СО3 в розчині (оскільки вона реагує з NaOH), що сприяє реакції і синтезу нових молекул вугільної кислоти з СО2 з Н2О: СО2 + Н2О -gt; Н2СО3 -gt; НСО3 + Н +.

В результаті намічається тенденція до зниження рівня СО2 в плазмі, що, в свою чергу, гальмує дихальний центр і зменшує виділення СО2. Виникає підвищення вмісту іонів НСО3, що компенсується за рахунок виділення бікарбонатів нирками.