Поддержание концентрации ионов водорода. Функции буферных систем

Видео: Настройка станции дезинфекции Pool Basic ePool.ru

Существуют три основные системы, деятельность которых направлена на регуляцию содержания ионов Н+ в жидких средах, препятствующих возникновению ацидоза или алкалоза: (1) буферные системы жидких сред организма, которые немедленно вступают в химическую реакцию с кислотой или щелочью, предотвращая изменения содержания ионов Н+- (2) система дыхания, дыхательный центр которой регулирует выведение СО2 легкими (следовательно, Н2СО3) из внеклеточной жидкости- (3) почки, которые способны выделять кислую или щелочную мочу, компенсируя таким образом состояние развившегося ацидоза или алкалоза.

При изменениях содержания протонов буферные системы за доли секунды вносят коррективы, сглаживая последствия подобных вмешательств. Буферные системы не выводят протоны и не увеличивают их содержания в организме, они связывают Н+ до тех пор, пока не восстановится кислотно-щелочное равновесие.
Второй «линией обороны» служит дыхательная система, которая за несколько минут способна вывести из организма СО2, а следовательно, и Н2СО3.

Первые две «линии обороны» предотвращают развитие значительных изменений в содержании ионов Н+, пока более медленные механизмы третьей системы — выделительной — не устранят избыточное содержание кислот или оснований. По сравнению с другими системами почки действуют медленнее (несколько часов или суток), но эффективность их деятельности в поддержании кислотно-щелочного равновесия является гораздо более высокой.
Буфером называют любое вещество, способное обратимо связываться с протонами. Общая схема буферных реакций имеет следующий вид: Буфер + Н+ <=> Н Буфер

В этом примере свободный протон связывается с буферным соединением, образуя слабую кислоту (Н Буфер), где протон может оставаться в связанном виде или вновь диссоциировать. При увеличении концентрации ионов Н+ реакция сдвигается вправо, а при снижении — влево. Благодаря этому механизму изменения содержания ионов Н+ в жидких средах минимальны.

Значение буферных систем для организма можно понять, приняв во внимание, что, несмотря на образование в течение суток сравнительно высокого количества кислых продуктов, концентрация ионов Н+ в жидких средах остается на низком уровне. Например, с пищей или в результате обменных процессов в сутки образует ся около 80 мэкв ионов Н+, тогда как их концентрация составляет лишь около 0,00004 мэкв/л. При отсутствии буферных систем образование в организме или всасывание в желудочно-кишечном тракте такого количества кислых продуктов должно приводить к значительным изменениям концентрации ионов Н+.

Механизм действия буферных систем в поддержании кислотно-щелочного равновесия может быть проиллюстрирован на примере самой мощной из них — бикарбонатной буферной системы.
Бикарбонатная буферная система состоит из водного раствора, который содержит два компонента: (1) слабую кислоту Н2СО3- (2) соль бикарбоната, например NaНСОз.

Н2СО3 образуется в организме с помощью реакции СО2 с Н2О: со2 +н2о<=> н2со3
Эта реакция без фермента карбоангидразы протекает медленно, сопровождаясь образованием незначительного количества Н2СО3. Карбоангидраза в значительном количестве присутствует в стенке легочных альвеол, где происходит выделение СО2, а также в эпителиальных клетках канальцев почки, где углекислота взаимодействует с водой, образуя Н2СО3.
Н2СО3 диссоциирует слабо, образуя небольшое количество ионов Н+ и НСО3: н2со3 <=> н+ + нсо3

Второй компонент системы — ион бикарбоната — во внеклеточной жидкости встречается преимущественно в виде двууглекислого натрия (NaHCC^). Он диссоциирует почти полностью, образуя НСО3- и Na+: NaHC03 <=> Na+ + HCО3.
B целом бикарбонатная буферная система представляет собой следующее: со2 + н2о <=> н2со3 <=> н+ + нсо3.

Н2СО3 диссоциирует слабо, поэтому концентрация ионов Н+, высвобождающихся в раствор, чрезвычайно мала.
При добавлении к буферу сильной кислоты, например НС1, протоны, поступившие с кислотой (НС1 —> Н+ + Сl-), нейтрализуются НСО3: Н+ + НСО3 -> Н2СО3 -> С02 + Н2О.

В результате формируется больше Н2СО3, что способствует увеличению образования СО2 и Н2О. Согласно представленным реакциям, видно, что Н+ сильной кислоты НСl реагирует с НСО3, образуя слабую кислоту Н2СО3, которая распадается на углекислый газ и воду. Избыток СО2 существенным образом стимулирует вентиляцию легких, способствуя высвобождению СО2 из внеклеточной жидкости.

Реакции противоположного направления наблюдаются при добавлении к буферному раствору сильного основания, например едкого натра (NaOH): NaOH + H2CO3 -> NaHC03 + H20

В этом случае ион ОН- реагирует с Н2СО3, способствуя дополнительному образованию НСОз~. Таким образом, слабое основание ИаНСОз замещает сильное NaOH. Одновременно с этим происходит снижение концентрации Н2СО3 в растворе (поскольку она реагирует с NaOH), что способствует реакции и синтезу новых молекул угольной кислоты из СО2 с Н2О: СО2 + Н2О -> Н2СО3 -> НСО3 + Н+.

В итоге намечается тенденция к снижению уровня СО2 в плазме, что, в свою очередь, тормозит дыхательный центр и уменьшает выделение СО2. Возникает повышение содержания ионов НСО3, компенсируемое за счет выделения бикарбонатов почками.

Источник: http://meduniver.com