Михаил Ермолаев - Биологическая химия

Важнейшими буферными системами организма являются бикарбонатная, фосфатная, белковая и гемоглобиновая.

Буферными системами, или буферами, называют растворы, которые обладают способностью стойко сохранять постоянство среды при добавлении кислых или щелочных веществ. Буферы состоят из слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием. Например, бикарбонатный буфер состоит из Н 2СО 3и NaHCО 3, белковый и гемоглобиновый — из белка или гемоглобина как слабых кислот и их солей натрия или калия. Фосфатная буферная система включает NaH 2PО 4и Na 2HPО 3. Каждый буфер характеризуется определенным значением рН, который он стремится сохранить. Механизм их действия рассмотрим на примере бикарбонатного буфера.

Как известно, в плазме крови и эритроцитах содержится свободная углекислота, а также ее соли, в плазме — NaHCO 3, в эритроцитах — КНСО 3, количество которых примерно в 20 раз выше концентрации углекислоты. При поступлении в кровь кислоты, например НСl, часть бикарбонатов тратится на ее нейтрализацию с образованием угольной кислоты:

NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 CO 3

Образовавшийся избыток угольной кислоты легко диссоциирует на воду и углекислый газ по следующему уравнению:

Н 2 СO 3 → Н 2 O + СO 2

Повышенная концентрация СO 2действует раздражающе на дыхательный центр головного мозга, который усиливает вентиляцию легких и все избыточное количество СO 2выводится легкими, a NaCl — почками. В результате изменения рН крови не происходит. В случае увеличения в крови щелочных продуктов, которые обозначены как NaOH механизм действия буферной системы будет протекать так:

Н 2 СO 3 + NaOH → NaHCO 3 + H 2 O

Избыток образовавшегося бикарбоната выводится почками или связывается с белками.

Фосфатный буфер крови состоит из NaH 2PO 4и Na 2HPO 4. Первое соединение обладает свойствами слабой кислоты, а второе — слабой щелочи. Механизм действия этой буферной системы связан с деятельностью почек. Так, при появлении в тканях избытка ионов водорода (которые условно обозначим НС1) происходит их нейтрализация:

Na 2 HPO 4 + HCl → NaH 2 PO 4 + NaCl

Образовавшийся избыток NaH 2PO 4и NaCl выводится из организма почками. В случае наличия в тканях избытка щелочных продуктов (NaOH) увеличивается образование Na 2HPO 4, который также выводится почками:

NaH 2 PO 4 + NaOH → Na 2 HPO 4 + H 2 O

И в этом случае рН среды не меняется.

Белковый буфер состоит из белков плазмы крови и их солей, способных как амфотерные соединения диссоциировать и как кислоты, и как основания.

Важнейшей буферной системой крови является гемоглобин эритроцитов. Его буферные свойства обусловлены возможностью взаимодействия кислореагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина (КНb) с образованием эквивалентных количеств калиевой соли соответствующей колоты и свободного гемоглобина:

КНb + НСl → КСl + ННb

Способность связывать ионы водорода выражена у солей гемоглобина сильнее, чем у солей оксигемоглобина. Перенос газов крови гемоглобином также является фактором участвующим в регуляции рН среды. В капиллярах происходит отщепление кислорода от оксигемоглобина и свободный гемоглобин может в большей степени связывать углекислоту. В то же время образование оксигемоглобина в легких способствует освобождению углекислоты и выведению ее из организма.

Таким образом, буферные системы крови имеют большое значение в поддержании постоянной реакции среды.

В клинике важно понятие "щелочного резерва", которое означает все факторы, обеспечивающие нейтрализацию кислот, в избытке появляющихся в ходе обмена веществ.

С этих позиций следует определить ацидоз как состояние, при котором снижается щелочной резерв крови. Компенсированный ацидоз определяется как снижение щелочного резерва крови, при котором не происходит изменений рН крови. Некомпенсированный ацидоз характеризуется изменением реакции крови в кислую сторону.

Алкалоз — это состояние, при котором щелочные резервы крови значительно повышены, что наблюдается, например, при "горной болезни" и др.

Химический состав крови довольно постоянен, несмотря на то что в крови всегда находятся различные по составу и действию вещества. Любые сдвиги в химическом составе крови характеризуют какие-либо патологические процессы в организме. Поэтому исследование состава крови представляет большой интерес в клинике и помогает врачу в установлении диагноза. Кроме того, кровь наиболее доступная для исследования ткань организма.

Основные функции белков плазмы заключаются в поддержании коллоидно-осмотического давления, защитной деятельности организма, транспорте нерастворимых в воде веществ (липоидов, металлов, жирорастворимых витаминов, гормонов, ферментов и др.), участии в свертывании крови и т. д.

В настоящее время в составе белков плазмы выделено примерно до 40 различных белков со своими специфическими свойствами, часть из которых приведена ниже.

Как видно из приведенных данных, основную часть белков плазмы составляют альбумины, которые в основном определяют онкотическое давление крови и способны связывать свободные жирные кислоты, холестерин, билирубин и т. д.

Глобулины представляют большую группу белков различной структуры с важными биологическими функциями. Во фракцию γ-глобулинов входят фибриноген, большая часть антител, а также многие факторы свертывания крови. Гаптоглобины способны соединяться с гемоглобином, предупреждая тем самым потерю железа. Липопротеиды выполняют транспортную роль.

Важное значение для клиники имеет определение количества и состава белков плазмы крови. Широкое применение имеет показатель А/Г (альбумины/глобулины), который в норме равен 1,5-2,3. При многих инфекционных заболеваниях количество глобулинов повышается и показатель соответственно снижается. При воспалениях почек и печени отмечается повышение А/Г.

Рис. 66. Разделение белкой плазмы по Кону. Внутри — название отдельных фракций, средний круг — значение фракций; наружный — клиническое применение