Обеспечение постоянства рH крови

Буферные системы крови [Б73]

Постоянство рН крови поддерживается буферными системами:

гемоглобиновой,

карбонатной,

фосфатной

белковой (плазмы).

Самой мощной является буферная система гемоглобина. На ее долю приходится 75% буферной емкости крови. Эта система вклю­чает восстановленный гемоглобин (ННb) и калиевую соль восста­новленного гемоглобина (КНb). Буферные свойства системы обусловлены тем, что КНb как соль слабой кислоты отдает ион К⁺ и присоединяет при этом ион Н⁺ образуя слабодиссоциированную кислоту:

Н+ + KHb = K+ + ННb.

Величина рН крови, притекающей к тканям, благодаря восста­новленному гемоглобину, способному связывать СО₂ и Н⁺-ионы, остается постоянной. В этих условиях ННb выполняет функции основания. В легких гемоглобин ведет себя как кислота (оксигемоглобин ННbО₂ является более сильной кислотой, чем СО₂), что предотвращает защелачивание крови.

Карбонатная буферная система (H₂CO₃/NaHCO₃) пo своей мощности занимает второе место. Ее функции осуществляются следующим образом: NaHCO₃ диссоциирует на ионы Na⁺ и НСО₃^-. Если в кровь поступает кислота более сильная, чем угольная, то происходит обмен ионами Na⁺ с образованием слабодиссоциированной и легко растворимой угольной кислоты, что предотвращает повышение концентрации ионов Н⁺ в крови. Увеличение же концентрации угольной кислоты приводит к ее распаду (это происходит под влиянием фермента карбоангидразы, находящегося в эритроцитах) на Н₂O и СО₂. Последний поступает в легкие и выделяется в окружающую среду. Если в кровь поступает осно­вание, то она реагирует с угольной кислотой, образуя натрия гидрокарбонат (NaHCO₃) и воду, что опять-таки препятствует сдвигу рН в щелочную сторону.

Фосфатная буферная система образована натрия дигидрофосфатом (NaH₂PO₄) и натрия гидрофосфатом (Na₂HPO₄). Первое со­единение ведет себя как слабая кислота, второе — как соль слабой кислоты. Если в кровь попадает более сильная кислота, то она реагирует с Na₂HPO₄, образуя нейтральную соль, и увеличивает количество слабодиссоциируемого Na₂HPO₄:

Н+ + NaHPO₄^- = Na⁺ +H₂P0₄^-

Избыточное количество натрия дигидрофосфата при этом будет удаляться с мочой, благодаря чему соотношение NaH₂PO₄/Na₂HPO₄ не изменится.

Белки плазмы крови играют роль буфера, так как обладают амфотерными свойствами: в кислой среде ведут себя как основания, а в основной — как кислоты.

Важная роль в поддержании постоянства рН крови отводится нервной регуляции. При этом преимущественно раздражаются хеморецепторы сосудистых рефлексогенных зон, импульсы от которых поступают в продолговатый мозг и другие отделы ЦНС, что рефлекторно включает в реакцию периферические органы — почки, легкие, потовые железы, желудочно-кишечный тракт и др., дея­тельность которых направлена на восстановление исходной величины рН. Так, при сдвиге рН в кислую сторону почки усиленно выделяют с мочой анион Н₂РО₄. При сдвиге рН крови в щелочную сторону увеличивается выделение почками анионов НРО₂^- и Н CO₃^-. Потовые железы человека способны выводить избыток молочной кислоты, а легкие — CO₂.

Буферные системы крови более устойчивы к действию кислот, чем оснований. Основные соли слабых кислот, содержащиеся в крови, образует так называемый щелочной резерв крови. Его величина определяется по тому количеству CO₂, которое может быть связано 100 мл крови при напряжении CO₂, равному 40 мм рт. ст.

Проведём следующий опыт (рис. 711190639).

Рис. 711190639. Исследование буферных свойств жидкостей. Объяснение в тексте.

Пробирки 1 и 4 заполним дистиллированной водой, 2 и 5 – плазмой крови, 3 и 6 кровью. В 1, 2 и 3 пробирку будем добавлять кислоту, в 4, 5 и 6 пробирки - щёлочь. В какую пробирку нужно добавить больше кислоты или щёлочи, чтобы сместить pH?

В пробирках 1 и 4 изменить реакцию воды легко – в ней отсутствуют буферные системы. В пробирках 2 и 5 работают белковая, гидрокарбонатная и фосфатная буферные системы, но нет наиболее мощной гемоглобиновой системы. Поэтому, чтобы изменить pH в пробирки 2 и 5 нужно добавить больше кислоты или щёлочи, чем в пробирки 1 и 4, но значительно меньше, чем в пробирки 3 и 6, где работают белковая, гидрокарбонатная, фосфатная и наиболее мощная гемоглобиновая буферные системы.

Поскольку буферные системы крови более устойчивы к действию кислот, чем оснований, чтобы сместить pH в кровь нужно добавить больше кислоты, чем щёлочи.

Большая устойчивость буферных систем к действию кислот, чем оснований, сформировавшаяся, вероятно, в процессе естественного отбора, понятна, поскольку в процессе метаболизма образуются и выводятся в кровь большей частью кислые продукты.