Буферные системы крови. Кислотно-основное состояние организма.

1. А) Буферная система – протолитическая равновесная система, способная поддерживать постоянное значение рН при разбавлении или добавлении небольшого количества кислоты или щелочи.

Буферный раствор – раствор, содержащий буферную систему.

Буферное действие -это способность поддерживать концентрацию ионов в растворе в определённых границах.

Б) Буферные системы делятся на кислотные и основные.

Кислотные буферные системы содержать слабую кислоту и соль это кислоты (напр. Ацетатная – CH3COO-/CH3COOH, гидрокарбонатная HCO3-/H2CO3, гидрофосфатная – HPO4/H2PO4)

Основные БС содержат слабое основание и соль этого основания (н-р: аммиачная – NH3*H2O/NH4+)

В) БС организма:

· Гидрокарбонатная: HCO3-/H2CO3

Главное значение гидрокарбонатного буфера заключается в нейтрализации кислот

· Гидрофосфатная: – HPO4/H2PO4

Нейтрализует кислоты и основания, продукты обмена выводятся через почки

· Белковые БС.

Катионная: +H3N-Prot-COOH/+H3N-Prot-COO-

Поддерживает величину pH в физиологических средах с pH<6

Анионная: H2N-Prot-COO-/+H3N-Prot-COO-

Поддерживает величину pH в средах c pH>6

· Гемоглобиновая БС: Hb-/HHb

Оксигемоглобиновая БС: HbO2-/HHbO2

Имеют большое значение в процессах дыхания, транспорта кислорода в ткани и поддержании постоянства pH в эритроцитах

 

2. Анионная БС:

H2N-CH2-COO-/ +H3N-CH2-COO-

Действует при pH<6

При добавлении кислоты:

H2N-CH2-COO- + H+ = +H3N-CH2-COO-

При добавлении щелочи:

+H3N-CH2-COO- + OH- = H2N-CH2-COO- + H2O

Катионная БС:

+H3N-CH2-COOH/ +H3N-CH2-COO-

Действует при pH>6

При добавлении кислоты:

+H3N-CH2-COO- + H+ = +H3N-CH2-COOH

При добавлении щелочи:

+H3N-CH2-COOH + OH- = +H3N-CH2-COO- + H2O

 

3. А) Гидрокарбонатная БС: HCO3-/H2CO3

Н2СO3 ↔HCO3 + H+

KHCO3→HCO3 + K+

Ka – константа диссоциации

Ka = [HCO3-]*[H+] / [H2CO3]

[H+] = Ka * [H2CO3] /[ HCO3-]

-lg [H+] = -lgKa - lg [H2CO3] /[ HCO3-]

pH = pKa + lg [HCO3-]/ [H2CO3]

pH = pKa + lg [акцептор протона]/ [донор протона] – уравнение Гендерсона-Гассельбаха

Б) pH буферного раствора зависит от:

· Природы компонентов

· Соотношения концентраций компонентов

· От температуры

4. А) Буферной емкостью (В) – называют число моль-эквивалнетов сильной кислоты или щелочи, которые нужно добавить к 1л буферного раствора, чтобы изменить значение pH на единицу:

 

 

 

 

Буферная емкость зависит от:

· Абсолютной концентрации компонентов, а следовательно от разбавления

· Соотношения компонентов

· От pH буферного раствора

Б) Способность буферного раствора сохранять значение рН по мере прибавления сильной кислоты или щелочи приблизительно на постоянном уровне далеко не беспредельна и ограничена величиной буферной емкости.

Плазма крови (рН =7,4), буферная емкость (в %)

Буферная емкость гидрокарбонатной системы - 35%

Буферная емкость белковой системы - 7%

Буферная емкость фосфатной системы - 2%

Таким образом, 44%) общей буферной емкости приходится на плазму крови.

Эритроцит (рН =7,25), буферная емкость в %

Буферная емкость гемоглобиновой системы 35%

Буферная емкость гидрокарбонатной системы 18%)

Буферная емкость фосфатной системы 3%

Таким образом, 56% общей буферной ёмкости.

В) Зона буферного действия – это отрезок на шкале pH, в пределах которого функционирует данная БС.

Любая БС эффективно функционирует если соблюдается следующее соотношение:

0,1 < C(акцептор протона) / С(донор протона) < 10

 

5.

)БС организма:

• Гидрокарбонатная: HCO3-/H2CO3

Главное значение гидрокарбонатного буфера заключается в нейтрализации кислот

• Гидрофосфатная: – HPO4/H2PO4

Нейтрализует кислоты и основания, продукты обмена выводятся через почки

• Белковые БС.

Катионная: +H3N-Prot-COOH/+H3N-Prot-COO-

Поддерживает величину pH в физиологических средах с pH<6

Анионная: H2N-Prot-COO-/+H3N-Prot-COO-

Поддерживает величину pH в средах c pH>6

• Гемоглобиновая БС: Hb-/HHb

Оксигемоглобиновая БС: HbO2-/HHbO2

Имеют большое значение в процессах дыхания, транспорта кислорода в ткани и поддержании постоянства pH в эритроцитах

6. Гидрокарбонатная БС: HCO3-/H2CO3

В клетке: KHCO3/ H2CO3

В плазме крови и межклеточной жидкости: NaHCO3/H2CO3

Механизм действия.

При увеличении концентрации ионов Н:

H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2↑ + H2O

CO2↑ выводится через легкие

При поступлении в кровь оснований:

OH- + H2CO3 ↔ HCO3- + H2O

Уравнение расчета pH:

pKa (H2CO3)= 6,11

pH = 6,11 + lg [HCO3-]/ spCO2

где

pCO2 – парциальное давление

s – коэффициент Генри, учитывает растворимость газов в жидкости

 

 

7. Фосфатная БС:

HPO4 2-/H2PO4-

В клетке: K2HPO4/KH2PO4

В плазме крови и межклеточной жидкости: Na2HPO4/ NaH2PO4

Механизм действия:

В результате переработки мясной пищи (при увеличении концентрации ионов Н):

H+ + HPO4 2- ↔ H2PO4-

H2PO4- выводится через почки, рН мочи уменьшается

При употреблении растительной пищи (увеличении ионов ОН-):

OH- + H2PO4- ↔ HPO4 2- + H2O

HPO4 2- выводится через почки, рН мочи повышается

Фосфатная БС нейтрализует кислоты и основания, продукты обмена выводятся через почки

Уравнение расчета рН:

pKa (H2PO4-) = 6,8

pH = 6,8 + lg [HPO4 2-]/ [H2PO4-]

8. Оксигемоглобиновая БС:

HbO2-/HHbO2

В клетке: КHbO2/HHbO2

Действует в эритроцитах, при рН = 7,42 – 7,46

Механизм действия:

При увеличении концентрации ионов Н+:

H+ + HbO2- → HHbO2 ↔ HHb + O2

O2 из эритроцитов в ткани организма

При увеличении концентрации ионов OH-:

OH- + HHbO2 → H2O + HbO2-

Имеет большое значение в процессах дыхания, транспорта кислорода в ткани и поддержании постоянства pH в эритроцитах

9. А) Гемоглобинова БС:

Hb-/HHb

Механизм действия:

По мере перемещения крови в периферические отделы происходит отдача кислорода ионизированной формой оксигемоглобином:

HbO2- ↔ Hb- + O2

Кровь из артериальной становится венозной.

Избыток протонов, образующийся при действии гидрокарбонатной БС в эритроцитах, связывается с гемоглобинат-ионами в слабую кислоту:

H+ + Hb- ↔ HHb

При увеличении к крови ионов OH-:

HHb + OH- ↔ Hb- + H2O

Б) Состояния, характеризующиеся отклонением значения рН крови от нормы, называют ацидемией (уменьшение рН) и алкалиемией (увеличение рН).

В) Большинство буферных систем организма имеет буферную емкость по кислоте больше, чем по основанию, т.к. в результате метаболизма в организме человека образуется больше кислотных продуктов, чем основных, поэтому для нейтрализации кислот БС организма должны обладать большой буферной емкостью по кислоте.

 

10. Щелочной резерв крови – число мл CO2, содержащееся в 100мл крови (главным образом в виде ионов HCO3-). Норма – 50-70% по объему или 25-30 ммоль/л

В патологии, при ацидозе (уменьшение pH крови) щелочной резерв уменьшается (потеря HCO3-), при алкалозе (увеличение рН крови) щелочной резерв увеличивается (накопление HCO3-).

Вследствие рвоты и диареи у больного произошло падение рН крови до 7, 59 из-за потери H+, что характерно для метаболического алкалоза.

 

11. Ацидоз – уменьшение кислотной буферной емкости физиологической системы по сравнению с нормой.

Различают компенсированный и некомпенсированный, метаболический и респираторный ацидоз. При компенсированном ацидозе, несмотря на отклонение от нормы, рН крови сохраняет значение в пределах 7,35 < рН <7,4

Некомпенсированный ацидоз сопровождается уменьшением кислотной буферной емкости и снижением рН крови 6,8 < рН <7,35

Метаболический ацидоз – характеризуется недостатком HCO3- или избытком нелетучих кислот в межклеточной жидкости.

Причины:

· Введение или образование стойких кислот (молочная кислота при изжоге)

· Кислородное голодание тканей

· Потеря HCO3- при заболеваниях ЖКТ

· Неполное удаление кислот при почечной недостаточности

Дыхательный (респираторный) ацидоз – избыток CO2 вследствие пониженной легочной вентиляции (гиповентиляции легких)

Причины:

· Нарушение регуляции дыхания при травмах и опухолях мозга, кровоизлиянии в мозг

· Введение транквилизаторов

· Отравление морфином, алкоголем

· Пневмония, отек легких, попадание инородных предметов в дыхательные пути

 

12. Алкалоз -увеличение кислотной буферной емкости физиологической системы по сравнению с нормой.

Различают компенсированный и некомпенсированный, метаболический и респираторный алкалоз. При компенсированном алкалозе, несмотря на отклонение от нормы, рН крови сохраняет значение в пределах 7,4 < рН <7,45

Некомпенсированный алкалоз сопровождается увеличением кислотной буферной емкости и повышением рН крови 7,45 < рН <7,9

Метаболический алкалоз – характеризуется накоплением HCO3- или удалением нелетучих кислот из организма.

Причины:

· Потери Н+ при рвоте и кишечной непроходимости

· Увеличение HCO3- при введении солей органический кислот (лимонной, молочной, уксусной, яблочной)

· Длительный прием щелочной пищи или минеральной воды

Дыхательный (респираторный) алкалоз – недостаток CO2 в связи с повышением легочной вентиляции (гипервентиляции легких)

Причины:

· Вдыхание разреженного воздуха

· Тепловая одышка

· Лихорадочное состояние, истерия

 

13. Норма рН крови – 7,4. Снижение рН крови до 7,3, увеличение сахара и кетоновых тел в крови – признаки кетоацидоза.

Названы симптомы сахарного диабета.

14. Причиной падения значения рН крови при недостатке кислорода в крови и тканях новорожденного является избыток CO2 вследствие гипововентиляции легких (респираторный ацидоз).

Кислотная буферная емкость крови уменьшается, происходит накопление кислотных продуктов.

15. При менингите у детей (менингит – воспаление мозговых оболочек разной этиологии) и при истерии у взрослых, наблюдается частое дыхание, головокружение, в конечном счете, может произойти потеря сознания.

При этом в организме наблюдается недостаток CO2, увеличение кислотной буферной емкости крови, т.е. накапливаются основные продукты обмена, рН крови увеличивается.