Основные буферные системы крови

Один из главных параметров гомеостаза человеческого организма, нормы колебания которого лежат в очень малых пределах - это рН крови. Буферные системы крови моментально реагируют на изменения этого показателя, возвращая его к норме. Это взаимодействие дает возможность поддерживать динамическое равновесие организма наравне с такими системами регуляции, как, например, терморегуляция.

Рассмотрим подробнее буферные системы крови и механизм их действия.

Что определяет уровень рН?

Такой общеизвестный показатель жидких сред, как рН, называемый также кислотно-щелочным балансом, является главным регулирующим кровь параметром. Кровь, как и любая жидкость, содержит свободные водородные ионы:

• H – кислые ионы, обуславливающие низкий рН с кислой реакцией;
• OH – щелочные ионы, обуславливающие высокое рН со щелочной реакцией.

Вода является примером нейтральной реакции с рН равным 7,0.

Нормы рН крови

Плазма здоровой человеческой крови дает слабощелочную реакцию в среднем с рН 7,4. Организм реагирует на малейшие колебания рН, которые в норме должны быть в пределах от 7,35 до 7,45. Такие узкие пределы говорят о том, насколько жизненно важен этот кровяной датчик. Разрыв в показателях нормы связан лишь с тем, что венозная и артериальная кровь имеют разный pH. Показатели снижаются в венозной крови, которая насыщена продуктами клеточного обмена, имеющими кислую реакцию. Поэтому венозная кровь имеет низкий водородный показатель в сравнении с артериальной.

Наряду с вышесказанным стоит отметить, что именно водородный показатель крови - один из наиболее стабильных в организме человека. Смещение рН в меньшую сторону (кислотную) приводит к ацидозу, в большую (щелочную) – к алкалозу. Это очень опасные для жизни состояния, поскольку, согласно данным исследований, критический для поддержания жизнедеятельности сдвиг рН составляет всего 0,4.

Вся суть в том, что ферменты организма чувствительны к рН и проявляют активность только в определенной среде. Поэтому кровь поддерживает оптимальные уровни водородного баланса во всех тканях, обеспечивая правильный уровень метаболизма. Разлад кислотно-щелочного равновесия крови выводит из равновесия все системы организма.

Уровни рН других систем организма

В других системах организма может быть совершенно другая норма водородного показателя.

• Наиболее кислая среда у желудка: рН в пределах 1,5-1,8. Это обусловлено соляной кислотой, необходимой для переваривания пищи.
• Средние показатели у желчного пузыря и кишечника: рН - около 5,0.

Организм — это одна большая система, составляющие которой взаимодействуют между собой. Поэтому рН крови на определенном уровне поддерживают не только буферные системы крови, но и многие другие процессы организма. Логично, что даже потребление белковой или растительной пищи по-разному влияет на кровяной кислотно-щелочной баланс. Так, большинство растительных пищевых продуктов имеет защелачивающие свойства, а мясо - окисляющие.

Буферные системы на страже уровня рН

Главными «специалистами», регулирующими уровень водородного баланса, являются так называемые буферные системы крови, биохимия которых особым образом влияет на уровень рН. Среди них можно выделить две основные группы – белки и неорганические составы. Многие из них работают подобно весам, уравновешивая кислотно-щелочной баланс крови благодаря уникальным химическим соединениям и двояким свойствам белковых молекул. Последние способны менять свое поведение в зависимости от pH среды.

Основные буферные системы крови:

• белковая;
• гемоглобиновая;
• бикарбонатная;
• фосфатная.

Механизм работы буферных систем

Сам принцип работы буферных систем очень прост, его суть заключается в том, чтобы регулировать количество свободных ионов, связывая их благодаря определенному буферу. Буферные системы плазмы крови – это белки, которые играют главную роль, и неорганические соединения.

Если рН крови падает до 7,0 (при норме в 7,4), то буферные системы крови начинают активную работу. Связывая излишек свободных ионов водорода, образуя буферные комплексы, они перемещаются по кровеносной системе и производят выгрузку в легких, почках, коже, пищеварительных органах и т.д. Этот буферный экспресс производит разгрузку и выведение избытка кислых и щелочных продуктов.

Гемоглобиновый и белковый буфер

Наиболее сильное действие имеет гемоглобиновая система, которая в капиллярах тканей выполняет роль щелочи, а в легких, отдав углекислый газ, роль кислоты. Гемоглобиновая буферная система крови состоит из свободного, восстановленного и окисленного гемоглобина, а также карбоксигемоглобина. Этот буфер берет на себя львиную долю всех буферных процессов в крови.

Суть действия гемоглобина как буфера заключается в его глобиновой составляющей. Она изменяет свои свойства при переходе из одной формы гемоглобина в другую, при этом меняя свои кислотные свойства. Восстановленный гемоглобин слабее, чем угольная кислота, тогда как окисленный – сильнее. Когда рН крови становится кислым, то свободный гемоглобин связывает Н-ионы, образуя восстановленный гемоглобин.

Когда в легких кровь фильтруется от углекислого газа, рН крови снова становится щелочным, а окисленный гемоглобин становится протонным донором, стабилизируя кислотно-щелочной баланс от смещения к ощелачиванию.

Белковая система работает благодаря особым свойствам плазменных белков – амфотерности. Кислая среда заставляет белок вести себя как щелочь, а щелочная – как кислота.

Неорганические буферные системы

Бикарбонатная буферная система крови имеет химическое свойство, которое делает ее двусторонне эффективной. Состоит она из детерминированного соотношения молекул угольной кислоты и бикарбонат-аниона. Система включается в регуляторный процесс только тогда, когда в кровь поступила кислота более сильная, нежели угольная. Тогда эта кислота завязывается с бикарбонат-анионами, преобразуясь в соль и угольную кислоту. При поступлении в кровь щелочи происходит связывание с угольной кислотой, образуется бикарбонатная соль.

Фосфатная буферная система являет собой комбинацию дигидрофосфата натрия и гидрофосфата натрия. Дигидрофосфат проявляет свойства слабой кислоты, а гидрофосфат - щелочи. Система работает подобно бикарбонатной.

Место выгрузки буфера — легкие

В легких, как известно, происходит отдача углекислого газа, что самым прямым образом влияет на pH крови в сторону ощелачивания. Кроме того, увеличенное давление кислорода и низкое давление углекислого газа выталкивает эти водородные ионы из крови в воздух, который выдыхается. Свободные буферные системы вернутся в кровоток.

Посредством учащения дыхания этот процесс может проходить намного быстрее. Чтобы отрегулировать кровяной рН в легких, нужно всего около 2-3 минут. Если сравнить с процессами регуляции этого показателя в почках, то это практически молниеносно, ведь почкам потребуются многие часы.

Место выгрузки буфера — почки

Кроме легких, буферы плазмы могут разгружаться в почках за счет очень кислой реакции рН, что равна 4,5. В моче концентрация Н-ионов в 800 раз больше, чем в крови. Теперь можно только представить, как активно должен функционировать эпителий почечных канальцев, чтобы перегонять эти водородные ионы из загруженных плазменных буферов в мочу. Одновременно происходит противоположный процесс возврата ОН-ионов из мочи в кровь путем обратного всасывания.

Кожа, кишечник и другие пути регуляции рН

Кроме легочного и почечного механизма, равновесие баланса рН поддерживают потовые железы, которые утилизируют кислые вещества. Кишечник с его щелочной средой также принимает активное участие в этой саморегуляции, связывая свободные кислые водородные ионы.

Есть масса других способов регуляции этого равновесия (например, при физической нагрузке). Во время тренировки или физического труда вырабатывается огромное количество молочной кислоты. Но кровь при этом не становится критически кислой, поскольку мышечные артериолы моментально реагируют расширением. Приток крови становится больше, а вместе с этим увеличивается концентрация буферных систем, готовых к связыванию лишних кислот. Таким же образом этот механизм работает в любых других органах.

Буферные системы крови: дежурный режим

Все описанные элементы – это простейшие уровни саморегуляторной деятельности организма. Можно сказать, что это низшие уровни, предназначенные к регуляции рН в дежурном режиме. А что если эти звенья саморегуляции не справляются и уровень рН начинает доходить до критических значений - 0,7-7,8? Тогда наступает время включения других элементов, более высокого уровня.

SOS-меры регуляции рН

При опасных для жизни показателях, которые получает отдел головного мозга, отвечающий за дыхание, включаются «пожарные меры». Дыхание становится частым и глубоким, усиливая сброс излишка углекислого газа и свободных водородных ионов. Потовые железы и железы внутренней секреции значительно усиливают свою работу. В итоге скорость обменных процессов в организме возрастает.

Кроме того, существуют особые гормоны, которые выбрасываются в кровь, являясь сильными катализаторами, усиливающими работу ферментов. Почечные канальцы начинают активнее обмениваться ионами водорода с плазмой. Одним словом, весь организм переходит в состояние работы в режиме аврала, что в итоге приводит все системы в равновесие.

Главное — баланс

Организм - уникальная саморегулирующаяся система, способная возвращать себя в состояние нормы огромным разнообразием способов. Нужно понимать, что сами буферные системы крови, функции, которые они несут, и процессы поддержания рН чрезвычайно важны. Как и любые другие, они могут постоянно работать в "пожарном" режиме. Поэтому человек обязан правильно и разнообразно питаться. Существуют специальные таблицы с показателями влияния разных групп продуктов на кислотно-щелочной баланс.

Не стоит увлекаться новыми идеями о защелачивании крови путем употребления только определенных продуктов. Главное - сбалансированность в питании, умеренные физические нагрузки и большое потребление чистой воды. Это поможет буферным системам организма работать более эффективно и слаженно, а крови - быть здоровой.