Kislinsko-bazično ravnovesje igra veliko vlogo pri normalnem delovanju človeškega telesa. Krv, ki kroži v telesu, je mešanica živih celic, ki so v tekočem habitatu. Prva varnostna funkcija, ki nadzoruje raven pH v krvi, je puferski sistem. To je fiziološki mehanizem, ki zagotavlja vzdrževanje parametrov kislinsko-bazičnega ravnovesja s preprečevanjem padcev pH. Kaj je in kakšne sorte ima, bomo izvedeli v nadaljevanju.
Opis
Vmesni sistem je edinstven mehanizem. V človeškem telesu jih je več in vsi so sestavljeni iz plazme in krvnih celic. Pufri so baze (beljakovine in anorganske spojine), ki vežejo ali donirajo H+ in OH- in uničijo premik pH v tridesetih sekundah. Sposobnost pufra za vzdrževanje kislinsko-bazičnega ravnovesja je odvisna od števila elementov, iz katerih je sestavljen.
Vrste krvnih pufrov
Kri, ki se nenehno giblje, so žive celice,ki obstajajo v tekočem mediju. Normalni pH je 7, 37-7, 44. Vezava ionov se pojavi z določenim pufrom, klasifikacija puferskih sistemov je podana spodaj. Sestavljen je iz plazme in krvnih celic in je lahko fosfat, beljakovina, bikarbonat ali hemoglobin. Vsi ti sistemi imajo dokaj preprost mehanizem delovanja. Njihovo delovanje je usmerjeno v uravnavanje ravni ionov v krvi.
Lastnosti pufra za hemoglobin
Hemoglobinski puferni sistem je najmočnejši od vseh, je alkalija v kapilarah tkiv in kislina v takem notranjem organu, kot so pljuča. Predstavlja približno petindvajset odstotkov celotne zmogljivosti medpomnilnika. Ta mehanizem je vključen v številne procese, ki se pojavljajo v človeški krvi, in ima globin v svoji sestavi. Ko se hemoglobinski pufer spremeni v drugo obliko (oksihemoglobin), se ta oblika spremeni, spremenijo pa se tudi kislinske lastnosti učinkovine.
Kakovost zmanjšanega hemoglobina je manjša od kakovosti ogljikove kisline, vendar postane veliko boljša, ko se oksidira. Ko je kislost pH pridobljena, hemoglobin združuje vodikove ione, izkaže se, da je že zmanjšana. Ko se ogljikov dioksid očisti iz pljuč, pH postane alkalen. V tem času hemoglobin, ki je bil oksidiran, deluje kot darovalec protonov, s pomočjo katerega se uravnoveša kislinsko-bazično ravnovesje. Torej pufer, ki je sestavljen iz oksihemoglobina in njegove kalijeve soli, spodbuja sproščanje ogljikovega dioksida iz telesa.
Ta sistem medpomnilnika delujepomembno vlogo v procesu dihanja, saj opravlja transportno funkcijo prenosa kisika v tkiva in notranje organe ter odstranjevanja ogljikovega dioksida iz njih. Kislinsko-bazično ravnovesje v eritrocitih se vzdržuje na konstantni ravni, torej tudi v krvi.
Tako, ko je kri nasičena s kisikom, se hemoglobin spremeni v močno kislino, ko pa kisik odpusti, pa se spremeni v dokaj šibko organsko kislino. Sistema oksihemoglobina in hemoglobina sta medsebojno pretvorljiva, obstajata kot eno.
Lastnosti bikarbonatnega pufra
Bikarbonatni puferski sistem je prav tako močan, a tudi najbolj nadzorovan v telesu. Predstavlja približno deset odstotkov celotne zmogljivosti medpomnilnika. Ima vsestranske lastnosti, ki zagotavljajo njegovo dvosmerno učinkovitost. Ta pufer vsebuje konjugiran kislinsko-bazni par, ki je sestavljen iz molekul, kot sta ogljikova kislina (vir protonov) in anion bikarbonat (akceptor protonov).
Tako bikarbonatni puferski sistem spodbuja sistematičen proces, kjer močna kislina vstopi v krvni obtok. Ta mehanizem veže kislino na bikarbonatne anione in tvori ogljikovo kislino in njeno sol. Ko alkalija vstopi v kri, se pufer veže na ogljikovo kislino in tvori bikarbonatno sol. Ker je v človeški krvi več natrijevega bikarbonata kot ogljikove kisline, bo ta puferska zmogljivost imela visoko kislost. Z drugimi besedami, ogljikovodikov pufersistem (bikarbonat) zelo dobro kompenzira snovi, ki povečajo kislost krvi. Sem spadajo mlečna kislina, katere koncentracija se povečuje z intenzivnimi fizičnimi napori, ta pufer pa se zelo hitro odzove na spremembe kislinsko-bazičnega ravnovesja v krvi.
Lastnosti fosfatnega pufra
Človeški fosfatni puferski sistem zavzema blizu dva odstotka celotne puferske kapacitete, kar je povezano z vsebnostjo fosfatov v krvi. Ta mehanizem vzdržuje pH v urinu in tekočini, ki je znotraj celic. Pufer je sestavljen iz anorganskih fosfatov: enobazičnih (deluje kot kislina) in dvobazičnih (deluje kot alkalija). Pri normalnem pH je razmerje med kislino in bazo 1:4. S povečanjem števila vodikovih ionov se fosfatni puferski sistem veže nanje in tvori kislino. Ta mehanizem je bolj kisel kot alkalen, zato popolnoma nevtralizira kisle presnovke, kot je mlečna kislina, ki vstopajo v človeški krvni obtok.
Lastnosti beljakovinskega pufra
Proteinski pufer nima tako posebne vloge pri stabilizaciji kislinsko-baznega ravnovesja v primerjavi z drugimi sistemi. Zavzema približno sedem odstotkov celotne zmogljivosti medpomnilnika. Beljakovine so sestavljene iz molekul, ki se združujejo v kislinsko-bazne spojine. V kislem okolju delujejo kot alkalije, ki vežejo kisline, v alkalnem se vse dogaja obratno.
To vodi do tvorbe proteinskega puferskega sistema, kiprecej učinkovit je pri pH vrednosti od 7,2 do 7,4 Velik delež beljakovin predstavljajo albumini in globulini. Ker je naboj beljakovin nič, je pri normalnem pH v obliki alkalij in soli. Ta puferska zmogljivost je odvisna od števila beljakovin, njihove strukture in prostih protonov. Ta pufer lahko nevtralizira tako kisle kot alkalne produkte. Toda njegova zmogljivost je bolj kisla kot alkalna.
Lastnosti eritrocitov
Običajno imajo eritrociti konstanten pH - 7, 25. Tu imajo učinek hidrokarbonatni in fosfatni pufri. Toda po moči se razlikujejo od tistih v krvi. V eritrocitih ima beljakovinski pufer posebno vlogo pri oskrbi organov in tkiv s kisikom ter odstranjevanju ogljikovega dioksida iz njih. Poleg tega ohranja konstantno pH vrednost znotraj eritrocitov. Beljakovinski pufer v eritrocitih je tesno povezan z bikarbonatnim sistemom, saj je tukaj razmerje kisline in soli manjše kot v krvi.
Primer sistema medpomnilnika
Raztopine močnih kislin in alkalij, ki imajo šibke reakcije, imajo spremenljiv pH. Toda mešanica ocetne kisline s svojo soljo ohranja stabilno vrednost. Tudi če jim dodate kislino ali alkalijo, se kislinsko-bazično ravnovesje ne bo spremenilo. Kot primer si oglejte acetatni pufer, ki je sestavljen iz kisline CH3COOH in njene soli CH3COO. Če dodate močno kislino, bo baza soli vezala ione H + in se spremenila v ocetno kislino. Zmanjšanje aniona soliuravnovešeno s povečanjem kislinskih molekul. Posledično se razmerje med kislino in soljo le malo spremeni, zato se pH spremeni precej neopazno.
Mehanizem delovanja puferskih sistemov
Ko kisli ali alkalni produkti vstopijo v krvni obtok, pufer vzdržuje konstantno pH vrednost, dokler se vhodni produkti ne izločijo ali uporabijo v metabolnih procesih. V človeški krvi so štirje pufri, od katerih je vsak sestavljen iz dveh delov: kisline in njene soli ter močne alkalije.
Učinek pufra je posledica dejstva, da veže in nevtralizira ione, ki prihajajo s sestavo, ki mu ustreza. Ker v naravi telo največkrat naleti na premalo oksidirane presnovne produkte, so lastnosti pufra bolj protikislinske kot antialkalne.
Vsak vmesni sistem ima svoj princip delovanja. Ko raven pH pade pod 7,0, se začne njihova močna aktivnost. Začnejo vezati presežne proste vodikove ione in tvorijo komplekse, ki premikajo kisik. Po drugi strani pa se premakne v prebavni sistem, pljuča, kožo, ledvice itd. Takšen transport kislih in alkalnih produktov prispeva k njihovemu razkladanju in izločanju.
V človeškem telesu imajo le štirje puferski sistemi pomembno vlogo pri ohranjanju kislinsko-baznega ravnovesja, vendar obstajajo tudi drugi pufri, kot je acetatni puferski sistem, ki ima šibko kislino (donor) in njeno sol (akceptor). Sposobnost teh mehanizmovda se upre spremembam pH, ko kislina ali sol vstopi v kri, je omejena. Kislinsko-bazično ravnovesje ohranjajo le, če je močna kislina ali alkalija dostavljena v določeni količini. Če je presežen, se bo pH močno spremenil, puferni sistem bo prenehal delovati.
Učinkovitost blažilnikov
Pufri krvi in eritrocitov imajo različno učinkovitost. Pri slednjem je višja, saj je tu hemoglobinski pufer. Zmanjšanje števila ionov se pojavi v smeri iz celice v medcelično okolje in nato v kri. To nakazuje, da ima kri največjo pufersko kapaciteto, medtem ko ima znotrajcelično okolje najmanjšo.
Ko se celice presnavljajo, se pojavijo kisline, ki prehajajo v intersticijsko tekočino. To se zgodi lažje, več jih se pojavi v celicah, saj presežek vodikovih ionov poveča prepustnost celične membrane. Poznamo že klasifikacijo puferskih sistemov. V eritrocitih imajo učinkovitejše lastnosti, saj tu še vedno igrajo vlogo kolagenska vlakna, ki reagirajo z nabrekanjem na kopičenje kisline, jo absorbirajo in sproščajo eritrocite iz vodikovih ionov. Ta sposobnost je posledica njene absorpcijske lastnosti.
Interakcija puferjev v telesu
Vsi mehanizmi, ki so v telesu, so med seboj povezani. Krvni pufri so sestavljeni iz več sistemov, katerih prispevek k ohranjanju kislinsko-baznega ravnovesja je različen. Ko kri vstopi v pljuča, prejme kisik.z vezavo na hemoglobin v rdečih krvnih celicah in tvori oksihemoglobin (kislino), ki vzdržuje raven pH. S pomočjo karboanhidraze poteka vzporedno čiščenje pljučne krvi iz ogljikovega dioksida, ki je v eritrocitih predstavljen v obliki šibke dvobazične ogljikove kisline in karbaminohemoglobina, v krvi pa ogljikovega dioksida in vode.
Z zmanjšanjem količine šibke dvobazične ogljikove kisline v eritrocitih ta prodre iz krvi v eritrocit in kri se očisti iz ogljikovega dioksida. Tako šibka dvobazična ogljikova kislina nenehno prehaja iz celic v kri, neaktivni kloridni anioni pa vstopajo v eritrocite iz krvi, da ohranijo nevtralnost. Posledično so rdeče krvne celice bolj kisle kot plazma. Vsi puferski sistemi so upravičeni z razmerjem protonskih darovalcev in akceptorjev (4:20), kar je povezano s posebnostmi presnove človeškega telesa, ki tvori večje število kislih produktov kot alkalnih. Tu je zelo pomemben kazalnik zmogljivosti kislinskega pufra.
Procesi izmenjave v tkivih
Kislinsko-bazično ravnovesje vzdržujejo pufri in presnovne transformacije v telesnih tkivih. Pri tem pomagajo biokemični in fizikalno-kemijski procesi. Prispevajo k izgubi kislinsko-baznih lastnosti presnovnih produktov, njihovi vezavi, tvorbi novih spojin, ki se hitro izločajo iz telesa. Na primer, velika količina mlečne kisline se izloči v glikogen, organske kisline nevtralizirajo natrijeve soli. Močnakisline in alkalije se raztopijo v lipidih, organske kisline pa oksidirajo v ogljikovo kislino.
Tako je puferski sistem prvi pomočnik pri normalizaciji kislinsko-baznega ravnovesja v človeškem telesu. pH stabilnost je potrebna za normalno delovanje bioloških molekul in struktur, organov in tkiv. V normalnih pogojih puferski procesi vzdržujejo ravnovesje med vnosom in odstranjevanjem ionov vodika in ogljikovega dioksida, kar pomaga vzdrževati konstanten pH v krvi.
Če pride do okvare v delovanju puferskih sistemov, potem oseba razvije patologije, kot sta alkaloza ali acidoza. Vsi puferski sistemi so med seboj povezani in so usmerjeni v vzdrževanje stabilnega kislinsko-baznega ravnovesja. Človeško telo nenehno proizvaja veliko število kislih produktov, kar je enako trideset litrom močne kisline.
Stalnost reakcij v telesu zagotavljajo močni pufri: fosfat, beljakovine, hemoglobin in bikarbonat. Obstajajo tudi drugi puferski sistemi, vendar so ti glavni in najbolj potrebni za živi organizem. Brez njihove pomoči bo oseba razvila različne patologije, ki lahko vodijo v komo ali smrt.
