Физиология почек: буферные системы
Поддержание постоянного pH является ключом к правильному функционированию всех органов и систем. Постоянство H + в жидкостях организма поддерживается благодаря трем механизмам, предотвращающим возникновение ацидоза и алкалоза. Эти три механизма:
- буферные системы (БС) организма - они мгновенно реагируют на кислотные или щелочные вмешательства и не допускают больших отклонений в концентрации свободного H +;
- дыхательная регуляция рН - путем изменения частоты и глубины дыхания изменяется степень выведения СО 2 из организма, что приводит к нормализации концентрации Н + в жидкостях организма;
- почечный механизм регуляции pH - при изменении концентрации H + почки изменяют количество выделяемых кислых и щелочных продуктов с мочой.
Механизмы, обеспечивающие поддержание постоянной концентрации H + в организме, с одной стороны, осуществляют связывание свободного H + , а с другой - их удаление.
БС и буферизация.
БС состоят из двух или более химических соединений. Они предотвращают большие изменения концентрации H +, когда кислоты или основания добавляются в раствор. Как правило, БС состоит из слабой кислоты и ее щелочной соли, соединения, способного выделять Н +, когда его концентрация начинает уменьшаться, и другой, которая может связывать Н +, когда ее концентрация начинает увеличиваться. Такова гидрокарбонатная БС. Это чрезвычайно важно для регулирования щелочно-кислотного баланса (ЩКБ) в организме. Состоит из H 2 CO 3 и NaHCO 3. Если к этой БС добавляют сильное основание, получают щелочную соль. Таким образом, pH среды практически не изменяется.
NaOH + H 2 CO 3 -> NaHCO 3 + H 2 O.
Добавление сильного основания приводит к образованию углекислоты. Это очень слабая кислота, и степень диссоциации электролита очень мала. H 2 CO 3 диссоциирует на H + и HCO 3 - . В каждом растворе углекислоты продукт H + и HCO 3 -, деленный на концентрацию недиссоциированной углекислоты, равен константе.
HCl + NaHCO 3 -> H 2 CO 3 + NaCl.
(H +) x (HCO 3 -) / (H 2 CO 3) = K ', где K' - константа диссоциации.
Количество недиссоциированной углекислоты пропорционально количеству диоксида углерода, образующегося при его разложении. Таким образом из приведенного выше уравнения получаем:
(H +) x (HCO 3 -) / (CO 2) = K.
(H +) = K x (CO 2) / (HCO 3 -).
При логарифмировании обеих сторон уравнения и умножении их на -1 мы получаем:
-log (H +) = -logK + log (HCO 3 -) / (CO 2).
pH = pK + log (HCO 3 -) / (CO 2).
pK - это значение рН, при котором концентрации кислоты и ее щелочной соли равны друг другу. Буферы наиболее эффективны в среде, в которой pH находится в диапазоне +/- 1 от их значения pK. Для гидрокарбонатной БС pK равно 6,1.
pH = 6,1 + log (HCO 3 -) / (CO 2).
Это уравнение Хендерсона-Хассельбаха для гидрокарбонатной БС. Если значения HCO 3 - и CO 2 известны, из него можно рассчитать pH. Когда концентрация HCO 3 увеличивается, pH повышается (алкалоз), а когда концентрация CO 2 увеличивается, pH уменьшается. Концентрация диоксида углерода может быть изменена в зависимости от изменений в легочной вентиляции и концентрации HCO 3 - можно регулировать с помощью почек, Поэтому двумя основными факторами, которые определяют буферную силу БС, являются концентрации элементов системы и степень соответствия pK БС фактическому pH, при котором она работает. Усилие буферизации является наибольшим, когда pK равно pH или когда отношение концентраций элементов в системе составляет 1: 1.
БС в жидкостях организма являются:
- гидрокарбонатная БС;
- фосфатная БС;
- белковая БС;
- БС гемоглобина.
Буферизация происходит как внутриклеточно, так и внутриклеточно, значительная часть которой происходит в клетках органов.
Гидрокарбонатная БС.
Гидрокарбонатная БС состоит из углекислоты, бикарбонат-иона и углекислого газа. РН бикарбонатной БС составляет 6,10, а рН артериальной крови - 7,40. В этих условиях концентрация бикарбонат-ионов в 20 раз выше, чем у углекислоты. По этой причине буферная сила гидрокарбонатной БС является слабой. Однако важность гидрокарбонатной БС для регулирования ЩКБ организма особенно велика, поскольку концентрация каждого из ее элементов подлежит регулированию. Например, концентрация углекислого газа регулируется дыханием, а концентрация бикарбонат-ионов почками+ вызвано кислыми продуктами. Если концентрация H + увеличивается без каких-либо изменений в диоксиде углерода, буферизация выполняется с участием гидрокарбонатной БС. Она не может предотвратить изменения концентрации H + во внеклеточной жидкости, вызванные изменением концентрации углекислого газа. Гидрокарбонатная БС имеет более высокую буферную силу для нейтрализации кислот, чем основания.
Фосфатная БС.
Фосфатная БС состоит из первичного 20% (NaH 2 PO 4) и вторичного 80% (Na 2 HPO 4) фосфата натрия. Когда добавляется кислота, система реагирует с вторичным фосфатом: HCl + Na 2 HPO 4 -> NaH 2 PO 4 + NaCl. Таким образом, сильная кислота заменяется типичным фосфатом натрия, который является слабой кислотой, и pH изменяется незначительно. Когда добавляется сильное основание, оно реагирует с типичным фосфатом натрия NaOH + Na 2 HPO 4 <-> Na 2 HPO 4 + H 2A. Получается вторичный фосфат натрия, и pH среды практически не изменяется. Фосфатная БС имеет pK 6,80. Количество элементов фосфатной БС в ДЭХ составляет 1/12 от количества бикарбоната. Следовательно, его общая буферная емкость меньше, чем у гидрокарбонатной БС. Фосфатная БС играет очень важную роль во внутриклеточной жидкости, потому что ее концентрация значительно выше, чем во внеклеточной системе. Фосфатная БС важна для буферизации свободного H + в трубчатой жидкости.
Белковая БС.
Белковая БС состоит из белков плазмы и клеток. Они являются эффективными буферами, потому что они могут связывать как кислые, так и щелочные продукты и нейтрализовать их действие. Белки могут связывать и выделять H +:
R-COOH <-> R-COO - + H +.
Недиссоциированная карбоксильная группа может быть отделена, и диссоциированный карбид может связывать Н +. Другая БС - аммоний.
R-NH 3 + <-> R-NH 2 + H +.
R-NH 3 + представляет собой кислоту, которая дает H + , а R-NH 2 + является основанием, которое принимает H +. РК белковой БС совпадает с текущим рН крови. По этой причине белковая имеет в два раза большую буферную емкость, чем гидрокарбонатная БС. Белковая БС имеет решающее значение для поддержания ЩКБ в клетках из-за чрезвычайно высокой концентрации белков в них. Диффузия H + и HCO 3 - через клеточную мембрану слабая, а CO 2 легко проходит через клеточную мембрану. В течение нескольких часов pH внутриклеточной жидкости приближается к pH внеклеточной жидкости. БС с некоторой задержкой помогают буферизовать ЭСТ.
БС гемоглобина.
Гемоглобин покрывает 80% буферной емкости крови. При транспортировке углекислого газа из тканей в легкие в эритроцитах образуется углекислота. Гемоглобин буферизует H +, получаемый при его диссоциации. Гемоглобин обладает огромной буферной емкостью. По этой причине венозная кровь намного менее кислая, чем артериальная кровь.
БС являются первой линией защиты организма от изменений концентрации H +. При изменениях они включаются немедленно, и за долю секунды эти изменения pH сводятся к минимуму. БС не могут устранить H + из организма, но только предотвращают наличие свободного H + в жидкостях организма. Устранение Н + осуществляется путем регуляции рН дыхательных путей и почек. Поиск рабочего зеркала 1win закончился 1-win1.club на этом сайте, у них индивидуальные условия для всех игроков
- буферные системы (БС) организма - они мгновенно реагируют на кислотные или щелочные вмешательства и не допускают больших отклонений в концентрации свободного H +;
- дыхательная регуляция рН - путем изменения частоты и глубины дыхания изменяется степень выведения СО 2 из организма, что приводит к нормализации концентрации Н + в жидкостях организма;
- почечный механизм регуляции pH - при изменении концентрации H + почки изменяют количество выделяемых кислых и щелочных продуктов с мочой.
Механизмы, обеспечивающие поддержание постоянной концентрации H + в организме, с одной стороны, осуществляют связывание свободного H + , а с другой - их удаление.
БС и буферизация.
БС состоят из двух или более химических соединений. Они предотвращают большие изменения концентрации H +, когда кислоты или основания добавляются в раствор. Как правило, БС состоит из слабой кислоты и ее щелочной соли, соединения, способного выделять Н +, когда его концентрация начинает уменьшаться, и другой, которая может связывать Н +, когда ее концентрация начинает увеличиваться. Такова гидрокарбонатная БС. Это чрезвычайно важно для регулирования щелочно-кислотного баланса (ЩКБ) в организме. Состоит из H 2 CO 3 и NaHCO 3. Если к этой БС добавляют сильное основание, получают щелочную соль. Таким образом, pH среды практически не изменяется.
NaOH + H 2 CO 3 -> NaHCO 3 + H 2 O.
Добавление сильного основания приводит к образованию углекислоты. Это очень слабая кислота, и степень диссоциации электролита очень мала. H 2 CO 3 диссоциирует на H + и HCO 3 - . В каждом растворе углекислоты продукт H + и HCO 3 -, деленный на концентрацию недиссоциированной углекислоты, равен константе.
HCl + NaHCO 3 -> H 2 CO 3 + NaCl.
(H +) x (HCO 3 -) / (H 2 CO 3) = K ', где K' - константа диссоциации.
Количество недиссоциированной углекислоты пропорционально количеству диоксида углерода, образующегося при его разложении. Таким образом из приведенного выше уравнения получаем:
(H +) x (HCO 3 -) / (CO 2) = K.
(H +) = K x (CO 2) / (HCO 3 -).
При логарифмировании обеих сторон уравнения и умножении их на -1 мы получаем:
-log (H +) = -logK + log (HCO 3 -) / (CO 2).
pH = pK + log (HCO 3 -) / (CO 2).
pK - это значение рН, при котором концентрации кислоты и ее щелочной соли равны друг другу. Буферы наиболее эффективны в среде, в которой pH находится в диапазоне +/- 1 от их значения pK. Для гидрокарбонатной БС pK равно 6,1.
pH = 6,1 + log (HCO 3 -) / (CO 2).
Это уравнение Хендерсона-Хассельбаха для гидрокарбонатной БС. Если значения HCO 3 - и CO 2 известны, из него можно рассчитать pH. Когда концентрация HCO 3 увеличивается, pH повышается (алкалоз), а когда концентрация CO 2 увеличивается, pH уменьшается. Концентрация диоксида углерода может быть изменена в зависимости от изменений в легочной вентиляции и концентрации HCO 3 - можно регулировать с помощью почек, Поэтому двумя основными факторами, которые определяют буферную силу БС, являются концентрации элементов системы и степень соответствия pK БС фактическому pH, при котором она работает. Усилие буферизации является наибольшим, когда pK равно pH или когда отношение концентраций элементов в системе составляет 1: 1.
БС в жидкостях организма являются:
- гидрокарбонатная БС;
- фосфатная БС;
- белковая БС;
- БС гемоглобина.
Буферизация происходит как внутриклеточно, так и внутриклеточно, значительная часть которой происходит в клетках органов.
Гидрокарбонатная БС.
Гидрокарбонатная БС состоит из углекислоты, бикарбонат-иона и углекислого газа. РН бикарбонатной БС составляет 6,10, а рН артериальной крови - 7,40. В этих условиях концентрация бикарбонат-ионов в 20 раз выше, чем у углекислоты. По этой причине буферная сила гидрокарбонатной БС является слабой. Однако важность гидрокарбонатной БС для регулирования ЩКБ организма особенно велика, поскольку концентрация каждого из ее элементов подлежит регулированию. Например, концентрация углекислого газа регулируется дыханием, а концентрация бикарбонат-ионов почками+ вызвано кислыми продуктами. Если концентрация H + увеличивается без каких-либо изменений в диоксиде углерода, буферизация выполняется с участием гидрокарбонатной БС. Она не может предотвратить изменения концентрации H + во внеклеточной жидкости, вызванные изменением концентрации углекислого газа. Гидрокарбонатная БС имеет более высокую буферную силу для нейтрализации кислот, чем основания.
Фосфатная БС.
Фосфатная БС состоит из первичного 20% (NaH 2 PO 4) и вторичного 80% (Na 2 HPO 4) фосфата натрия. Когда добавляется кислота, система реагирует с вторичным фосфатом: HCl + Na 2 HPO 4 -> NaH 2 PO 4 + NaCl. Таким образом, сильная кислота заменяется типичным фосфатом натрия, который является слабой кислотой, и pH изменяется незначительно. Когда добавляется сильное основание, оно реагирует с типичным фосфатом натрия NaOH + Na 2 HPO 4 <-> Na 2 HPO 4 + H 2A. Получается вторичный фосфат натрия, и pH среды практически не изменяется. Фосфатная БС имеет pK 6,80. Количество элементов фосфатной БС в ДЭХ составляет 1/12 от количества бикарбоната. Следовательно, его общая буферная емкость меньше, чем у гидрокарбонатной БС. Фосфатная БС играет очень важную роль во внутриклеточной жидкости, потому что ее концентрация значительно выше, чем во внеклеточной системе. Фосфатная БС важна для буферизации свободного H + в трубчатой жидкости.
Белковая БС.
Белковая БС состоит из белков плазмы и клеток. Они являются эффективными буферами, потому что они могут связывать как кислые, так и щелочные продукты и нейтрализовать их действие. Белки могут связывать и выделять H +:
R-COOH <-> R-COO - + H +.
Недиссоциированная карбоксильная группа может быть отделена, и диссоциированный карбид может связывать Н +. Другая БС - аммоний.
R-NH 3 + <-> R-NH 2 + H +.
R-NH 3 + представляет собой кислоту, которая дает H + , а R-NH 2 + является основанием, которое принимает H +. РК белковой БС совпадает с текущим рН крови. По этой причине белковая имеет в два раза большую буферную емкость, чем гидрокарбонатная БС. Белковая БС имеет решающее значение для поддержания ЩКБ в клетках из-за чрезвычайно высокой концентрации белков в них. Диффузия H + и HCO 3 - через клеточную мембрану слабая, а CO 2 легко проходит через клеточную мембрану. В течение нескольких часов pH внутриклеточной жидкости приближается к pH внеклеточной жидкости. БС с некоторой задержкой помогают буферизовать ЭСТ.
БС гемоглобина.
Гемоглобин покрывает 80% буферной емкости крови. При транспортировке углекислого газа из тканей в легкие в эритроцитах образуется углекислота. Гемоглобин буферизует H +, получаемый при его диссоциации. Гемоглобин обладает огромной буферной емкостью. По этой причине венозная кровь намного менее кислая, чем артериальная кровь.
БС являются первой линией защиты организма от изменений концентрации H +. При изменениях они включаются немедленно, и за долю секунды эти изменения pH сводятся к минимуму. БС не могут устранить H + из организма, но только предотвращают наличие свободного H + в жидкостях организма. Устранение Н + осуществляется путем регуляции рН дыхательных путей и почек. Поиск рабочего зеркала 1win закончился 1-win1.club на этом сайте, у них индивидуальные условия для всех игроков