Буферне дію розчинів
У процесі обміну речовин постійно утворюються проміжний-ні продукти кислого або лужного характеру, які повинні були б сильно змінювати активну реакцію внутрішнього середовища ор-ганизма. Однак цих змін або зовсім не відбувається, або спостерігаються незначні зрушення рН. Це пояснюється на-наявністю в організмі систем речовин, обладающіхбуфернимі властивостями, які проявляються в зв'язуванні надлишку водневих або гідроксильних іонів в слабо диссоциирующие молекули. Буферне дію зберігається при розведенні і концентрування буферних розчинів.
Типові буферні системи являють собою суміші розчинів слабких кислот з розчинами їх солей від сильних основ або суміші розчинів слабких основ з розчинами їх солей від сильних кислот (табл. 4).
Таблиця 4. Найпоширеніші буферні системи живих організмів.
Назва буферної системи
Склад буферної системи
Кислотні буферні системи
Бікарбонатний буфер Білковий буфер Фосфатне буфер Ацетатний буфер
Основні буферні системи
Бікарбонатний буфер становить 53% буферної ємності кро-ві, фосфатний - 5%, білковий буфер плазми - 7%, гемоглобінового - 35%. Усередині клітин максі-бітної буферної ємністю володіють білкові системи, дещо меншою - фосфатна і бикарбонатная. В еритроцитах більше 80% буферної ємності забезпечувала-ють системи гемоглобіну і оксигемоглобіну.
Дія буферних систем розглянемо на прикладі бикарбонатной системи. Вважаючи дисоціацію вугільної кислоти незначною, а дисоціацію її солі повної, склад бикарбонатной системи можна уявити таким чином: Н2 СО3 + НСО3 - + Na +. Якщо до цієї системи додати надлишок сильної кислоти, напри-заходів часто утворюється в обмінних процесах молочної кислоти, майже пів-ністю диссоциированной на іони СН3 СНОНСОО - і Н +. то в реакцію з ізбиті-ком водневих іонів вступлять аніони НСО3 -:
СН3 СНОНСОО - + Н + + НСО3 - + Na + = СН3 СНОНСОО - + Na + + Н2 СО3. Утворюються слабодіссоціірующіе мо-лекул Н2 СО3. в яких надлишок водневих іонів виявляється пов'язаним. Залишаються в розчині аніони СН3 СНОНСОО - і катіони Na + не впливають на активну реакцію середовища розчину. Мо-лекул вугільної кислоти Н2 СО3 розкладаються з виділенням вуглекислого газу:
Якщо до цієї буферної системі додати надлишок лугу, наприклад NаОН, майже повністю диссоциированной в розчині на іони Na + і ОН -. то в реак-цію з надлишком гідроксильних іонів вступають молекули Н2 СО3. ступінь дис-асоціації яких збільшується внаслідок зв'язування водневих іонів з гідроксильними в слабо диссоциирующие молекули води:
Залишаються в розчині аніони НСО3 - і катіони Nа + не впливають на активну реакцію середовища. За цим же принципом діють і інші буферні системи.
Буферне дію системи не безмежне. При додаванні занадто великої кількості кислоти або лугу запас буфер-них речовин системи вичерпується і активна реакція середовища змінюється. Кількісне вираження здатності розчину до буферного дії називається буферною ємністю. Вона виміряти-ється числом грам-еквівалентів сильної кислоти або лугу, ко-лось потрібно додати до 1 л розчину, щоб його рН змінився на 1.
Здатність буферних систем нейтралізувати кислоти значи-тельно більше, ніж здатність нейтралізувати луги. Буферні системи спрацьовують швидко - протягом декількох секунд. Основним механізмом підтримання сталості реакції сере-ди при накопиченні великої кількості лугів є виокрем-лення з сечею надлишку лужних солей. При надлишку кислот усі-ється виведення з сечею іонів Н +. а лужні солі спини-ються в крові. З кровоносних капілярів в клітини стінок ниркових канальців по-ступає СО2. Під дією карбоангідрази з нього обра-зуется вугільна кислота, дисоціюють на іони Н + і НСО3 -. Розпад вугільної кисло-ти посилюється тим, що з просвіту ниркового канальця в клітку надходять іони нат-рия, що містяться в привчає-ної сечі. На їх місце в сечу виділяються водневі іони. Сеча закісляется, а бікарбо-нат виділяється з клітини в кров, збільшуючи її лужний резерв. Зменшення киць-лотності крові за рахунок закислення сечі відбувається також при перетворенні в нирках двузамещенного фосфатів в однозаміщені і при зв'язуванні водень-них іонів з молекулами аміаку в іони амонію, які по-ступають в сечу.
Нормалізація кислотно-лужної рівноваги за участю по-чек здійснюється порівняно повільно - за 10-20 годин.
У підтримці сталості рН організму значну роль відіграють процеси дихання, так як утворюється вуглекислий газ посилено виводиться через легені. Вплив дихальної системи на кислотно-лужну рівновагу проявляється через 1-3 хв після намітилося зрушення його в крові.
У спокої реакція крові і клітинного вмісту слабощелоч-ва: рН артеріальної крові дорівнює 7,37-7,41, венозної - 7,34-7,35, в клітці він трохи нижче. При надходженні з їжею велико-го кількості кислих або лужних продуктів, виконанні на-пряжене м'язової роботи або при захворюваннях рН може через змінюватися, але в дуже невеликих межах: рН крові коливається від 7,0 (у високотренірованних спортсменів від 6,8) до 7,7; в кліть-ках - від 6,0 до 8,0; в сечі - від 5,5 до 7,5. Зміна рН про-виходить тільки після вичерпання буферних резервів. Стан організму, що характеризується накопиченням речовин кислого ха-рактер, отримало названіеацідоза, а щелочного- алкалоза. Якщо рН при цьому залишається без зміни, то ацидоз або алкалоз називаетсякомпенсірованним. При зміні активної реакції середовища говорять онекомпенсірованних ацидозі або алкалозі.
Так як в ході метаболічних реакцій утворюється більше кислих, ніж лужних, продуктів, особливе значення імеетщелочной буферний резерв. Його можна трохи підвищити, збільшивши по-споживання рослинних продуктів і систематично виконуючи спеціальні фізичні вправи.