Буферні системи крові (від англ. Buffer. Buff - «пом'якшувати удар») - фізіологічні системи і механізми, що забезпечують задані параметри кислотно-лужної рівноваги в крові [1]. Вони є «першою лінією захисту», що перешкоджає різких перепадів pH внутрішнього середовища живих організмів.
Циркулює кров представляє собою суспензію живих клітин в рідкому середовищі, хімічні властивості якої дуже важливі для їх життєдіяльності. У людини за норму прийнято діапазон коливань pH крові 7,37-7,44 із середньою величиною 7,4. Буферні системи крові складаються з буферних систем плазми і клітин крові і представлені такими системами [1] [2]:
- бикарбонатная (водородкарбонатная) буферна система;
- фосфатная буферна система;
- білкова буферна система;
- гемоглобіновая буферна система
- еритроцити
Гідрокарбонатна (бикарбонатная) буферна система
Одна з найпотужніших і разом з тим сама керована система [2] позаклітинної рідини і крові, на частку якої припадає близько 53% всієї буферної ємності крові. Являє собою пов'язану кислотно-основну пару, що складається з молекули вугільної кислоти H2 CO3. що є джерелом протона, і бікарбонат-аніону HCO3 -. виконує роль акцептора протона:
H 2 C O 3 ⇄ H C O 3 - + H + CO_ \ rightleftarrows HCO _ ^ + H ^ >>> Внаслідок того, що концентрація бікарбонату натрію в крові значно перевищує концентрацію H2 CO3. буферна ємність цієї системи буде значно вище за кислоті. Інакше кажучи, гідрокарбонатна буферна система особливо ефективно компенсує дію речовин, що збільшують кислотність крові. До числа таких речовин перш за все відносять молочну кислоту. надлишок якої утворюється в результаті інтенсивного фізичного навантаження. Гідрокарбонатна система найбільш «швидко» відгукується на зміну pH крові [2]Фосфатна буферна система
Буфер утворений неорганічними фосфатами. Роль кислоти в цій системі виконує однозаміщений фосфат (NaH2 PО4), а роль сполученого підстави - двузамещённий фосфат (Na2 HPО4). При рН 7,4 співвідношення [НРО4 2 / Н2 РО4 -] дорівнює 10 p H - p K a. o r t o I I = 1. 55 ^> = 1,55> оскільки при температурі 25 + 273,15K pKa, орто II = 7,21 [3]. при цьому середній заряд аніона ортофосфорної кислоти = ((- 2) * 3 + (- 1) * 2) / 5 = -1,4 одиниць заряду позитрона.
Буферні властивості системи при збільшенні в крові змісту водневих іонів реалі-ся за рахунок їх зв'язування з іонами НРО4 2 з утворенням Н2 РО4 -:
а при надлишку іонів ОН - за рахунок пов'язуючи-ня їх з іонами Н2 РО4 -:
Фосфатна буферна система крові тісно взаємопов'язана з бикарбонатной буферної системою.
Білкові і амінокислотні буферні системи
У порівнянні з іншими буферними системами має менше значення для підтримки кислотно-лужної рівноваги. (7-10% буферної ємності)
Білки плазми крові завдяки наявності кислотно-основних груп в молекулах білків (білок-H + - кислота, джерело протонів і білок - - поєднане підставу, акцептор протонів) утворюють буферну систему, найбільш ефективну в діапазоні pH 7,2-7,4 [1 ].
Основну частину білків плазми крові (близько 90%) становлять альбуміни і глобуліни. Ізоелектричної точки цих білків (число катіонних і аніонних груп однаково, заряд молекули білка дорівнює нулю) лежать в слабокислою середовищі при pH 4,9-6,3. тому в фізіологічних умовах при pH 7,4 білки знаходяться переважно в формах «білок-підставу» і «білок-сіль».
Буферна ємність. обумовлена білками плазми, залежить від концентрації білків, їх вторинної та третинної структури і числа вільних протон-акцепторних груп. Ця система може нейтралізувати як кислі, так і основні продукти. Однак внаслідок переважання форми «білок-підставу» її буферна ємність значно вище за кислоті.
Буферна ємність вільних амінокислот плазми крові незначна як по кислоті, так і по лугу. При фізіологічному значенні pH їх потужність мала. Практично тільки одна амінокислота-гістидин володіє значним буферним дією при значенні pH, близьким до плазми крові. [2]
У внутрішньому середовищі еритроцитів в нормі підтримується постійне значення pH, рівне 7,25.Здесь також діють гідрокарбонатна і фосфатна буферні системи. Однак їх потужність відрізняється від такої в плазмі крові. Крім того, в еритроцитах білкова система гемоглобін-оксигемоглобін грає важливу роль як в процесі дихання (транспортна функція по переносу кисню до тканин і органів і видаленню з них метаболічної CO2), так і в підтримці сталості pH всередині еритроцитів, а в результаті і в крові в цілому. Ця буферна система в еритроцитах тісно пов'язана з гідрокарбонатної системою. [2]
Гемоглобіновая буферна система
Займає друге місце після бикарбонатной буферної системи (35% буферної ємності). Відіграє важливу роль як в процесі дихання (транспортна функція по переносу кисню до тканин і органів і видаленню з них метаболічної CO2), так і в підтримці сталості pH всередині еритроцитів, а в результаті і в крові в цілому. [2]