Happe-aluse tasakaal mängib inimkeha normaalses toimimises tohutut rolli. Kehas ringlev veri on segu elusrakkudest, mis on vedelas elupaigas. Esimene turvaelement, mis kontrollib vere pH taset, on puhversüsteem. See on füsioloogiline mehhanism, mis tagab happe-aluse tasakaalu parameetrite säilimise, vältides pH langust. Mis see on ja millised sordid sellel on, saame teada allpool.
Kirjeldus
Puhvrisüsteem on ainulaadne mehhanism. Inimese kehas on neid mitu ning need kõik koosnevad plasmast ja vererakkudest. Puhvrid on alused (valgud ja anorgaanilised ühendid), mis seovad või loovutavad H+ ja OH-, hävitades pH nihke 30 sekundi jooksul. Puhvri võime säilitada happe-aluse tasakaalu sõltub elementide arvust, millest see koosneb.
Verepuhvrite tüübid
Pidev alt liikuv veri on elusrakud,mis eksisteerivad vedelas keskkonnas. Normaalne pH on 7, 37-7, 44. Ioonide sidumine toimub teatud puhvriga, puhversüsteemide klassifikatsioon on toodud allpool. See ise koosneb plasmast ja vererakkudest ning võib olla fosfaat, valk, vesinikkarbonaat või hemoglobiin. Kõigil neil süsteemidel on üsna lihtne toimemehhanism. Nende tegevus on suunatud vere ioonide taseme reguleerimisele.
Hemoglobiinipuhvri omadused
Hemoglobiini puhversüsteem on kõige võimsam, see on kudede kapillaarides leeliseline ja hape sellises siseorganis nagu kopsud. See moodustab umbes seitsekümmend viis protsenti kogu puhvermahust. See mehhanism osaleb paljudes inimveres toimuvates protsessides ja selle koostises on globiin. Kui hemoglobiini puhver muutub teisele vormile (oksühemoglobiiniks), muutub see vorm ja muutuvad ka toimeaine happelised omadused.
Vähendatud hemoglobiini kvaliteet on madalam kui süsihappe oma, kuid muutub palju paremaks, kui see oksüdeerub. Kui pH happesus on omandatud, ühendab hemoglobiin vesinikioone, selgub, et see on juba vähenenud. Kui süsinikdioksiid eemaldatakse kopsudest, muutub pH leeliseliseks. Sel ajal toimib oksüdeerunud hemoglobiin prootoni doonorina, mille abil tasakaalustatakse happe-aluse tasakaalu. Niisiis, puhver, mis koosneb oksühemoglobiinist ja selle kaaliumisoolast, soodustab süsinikdioksiidi vabanemist kehast.
See puhversüsteem toimiboluline roll hingamisprotsessis, kuna täidab transpordifunktsiooni hapniku ülekandmisel kudedesse ja siseorganitesse ning nendest süsinikdioksiidi eemaldamiseks. Happe-aluse tasakaal erütrotsüütide sees hoitakse konstantsel tasemel, seega ka veres.
Seega, kui veri on hapnikuga küllastunud, muutub hemoglobiin tugevaks happeks ja hapnikust loobumisel üsna nõrgaks orgaaniliseks happeks. Oksühemoglobiini ja hemoglobiini süsteemid on omavahel konverteeruvad, nad eksisteerivad ühena.
Bikarbonaatpuhvri omadused
Bikarbonaatpuhvri süsteem on samuti võimas, kuid samas ka kõige paremini kontrollitav. See moodustab umbes kümme protsenti kogu puhvermahust. Sellel on mitmekülgsed omadused, mis tagavad selle kahesuunalise tõhususe. See puhver sisaldab konjugeeritud happe-aluse paari, mis koosneb sellistest molekulidest nagu süsihape (prootoniallikas) ja anioonvesinikkarbonaat (prootoni aktseptor).
Seega soodustab vesinikkarbonaatpuhvri süsteem süstemaatilist protsessi, kus võimas hape satub vereringesse. See mehhanism seob happe vesinikkarbonaadi anioonidega, moodustades süsihappe ja selle soola. Leelise sisenemisel verre seostub puhver süsihappega, moodustades vesinikkarbonaatsoola. Kuna inimveres on naatriumvesinikkarbonaati rohkem kui süsihapet, on sellel puhvermahul kõrge happesus. Teisisõnu süsivesinikpuhversüsteem (vesinikkarbonaat) suudab väga hästi kompenseerida vere happelisust tõstvaid aineid. Nende hulka kuulub piimhape, mille kontsentratsioon suureneb intensiivse füüsilise pingutuse korral ja see puhver reageerib väga kiiresti muutustele vere happe-aluse tasakaalus.
Fosfaatpuhvri omadused
Inimese fosfaatpuhvri süsteem võtab enda alla ligi kaks protsenti kogu puhvri mahust, mis on seotud fosfaatide sisaldusega veres. See mehhanism säilitab pH-d uriinis ja rakkudes olevas vedelikus. Puhver koosneb anorgaanilistest fosfaatidest: ühealuselisest (toimib happena) ja kahealuselisest (toimib leelisena). Normaalse pH korral on happe ja aluse suhe 1:4. Vesinikuioonide arvu suurenemisega seondub fosfaatpuhversüsteem nendega, moodustades happe. See mehhanism on rohkem happeline kui aluseline, seega neutraliseerib see suurepäraselt happelised metaboliidid, nagu piimhape, mis sisenevad inimese vereringesse.
Valgupuhvri omadused
Valgupuhver ei mängi happe-aluse tasakaalu stabiliseerimisel nii erilist rolli võrreldes teiste süsteemidega. See moodustab umbes seitse protsenti kogu puhvri mahust. Valgud koosnevad molekulidest, mis ühinevad, moodustades happe-aluse ühendid. Happelises keskkonnas toimivad nad leelistena, mis seovad happeid, leeliselises keskkonnas juhtub kõik vastupidi.
See viib valgu puhversüsteemi moodustumiseni, missee on üsna tõhus pH väärtusel 7,2 kuni 7,4. Suur osa valkudest on esindatud albumiinide ja globuliinidega. Kuna valgu laeng on null, siis normaalse pH juures on see leelise ja soola kujul. See puhvermaht sõltub valkude arvust, nende struktuurist ja vabadest prootonitest. See puhver võib neutraliseerida nii happelisi kui ka aluselisi tooteid. Kuid selle maht on pigem happeline kui aluseline.
Erütrotsüütide omadused
Tavaliselt on erütrotsüütide pH konstantne – 7, 25. Siin avaldavad mõju hüdrokarbonaat- ja fosfaatpuhvrid. Kuid võimsuse poolest erinevad nad vere omadest. Erütrotsüütides mängib valgupuhver erilist rolli elundite ja kudede hapnikuga varustamisel, samuti nendest süsinikdioksiidi eemaldamisel. Lisaks säilitab see erütrotsüütide sees püsiva pH väärtuse. Valgu puhver erütrotsüütides on tihed alt seotud vesinikkarbonaadi süsteemiga, kuna happe ja soola suhe on siin väiksem kui veres.
Puhvrisüsteemi näide
Tugevate hapete ja leeliste lahustel, millel on nõrk reaktsioon, on muutuv pH. Kuid äädikhappe ja selle soola segu säilitab stabiilse väärtuse. Isegi kui lisate neile hapet või leelist, ei muutu happe-aluse tasakaal. Näiteks vaatleme atsetaatpuhvrit, mis koosneb happest CH3COOH ja selle soolast CH3COO. Kui lisate tugevat hapet, seob soola alus H + ioonid ja muutub äädikhappeks. Soola anioonide vähendaminetasakaalustatud happemolekulide arvu suurenemisega. Selle tulemusena muutub happe ja selle soola suhe vähe, mistõttu pH muutub üsna märkamatult.
Puhvrisüsteemide toimemehhanism
Happeliste või aluseliste saaduste vereringesse sattumisel säilitab puhver konstantse pH väärtuse, kuni sissetulevad tooted väljutatakse või kasutatakse ainevahetusprotsessides. Inimese veres on neli puhvrit, millest igaüks koosneb kahest osast: happest ja selle soolast, samuti tugevast leelisest.
Puhvri toime tuleneb sellest, et see seob ja neutraliseerib talle vastava koostisega kaasasolevaid ioone. Kuna looduses kohtab keha kõige enam alaoksüdeeritud ainevahetusprodukte, on puhvri omadused pigem happe- kui leelisevastased.
Igal puhversüsteemil on oma tööpõhimõte. Kui pH tase langeb alla 7,0, algab nende jõuline tegevus. Nad hakkavad siduma liigseid vabu vesinikioone, moodustades komplekse, mis liigutavad hapnikku. See omakorda liigub seedesüsteemi, kopsudesse, nahka, neerudesse jne. Selline happeliste ja aluseliste toodete transportimine aitab kaasa nende mahalaadimisele ja eritumisele.
Inimese kehas mängivad happe-aluse tasakaalu säilitamisel olulist rolli vaid neli puhversüsteemi, kuid on ka teisi puhvreid, näiteks atsetaatpuhvri süsteem, millel on nõrk hape (doonor) ja selle sool (vastuvõtja). Nende mehhanismide võimehappe või soola verre sattumisel pH muutustele vastupidamine on piiratud. Nad säilitavad happe-aluse tasakaalu ainult siis, kui tugevat hapet või leelist tarnitakse teatud koguses. Kui see ületatakse, muutub pH dramaatiliselt ja puhversüsteem lakkab töötamast.
Puhvrite tõhusus
Vere ja erütrotsüütide puhvritel on erinev efektiivsus. Viimases on see kõrgem, kuna siin on hemoglobiinipuhver. Ioonide arvu vähenemine toimub suunas rakust rakkudevahelisse keskkonda ja seejärel verre. See viitab sellele, et verel on suurim puhvermaht, samas kui rakusisesel keskkonnal on see kõige väiksem.
Kui rakud metaboliseeruvad, ilmuvad happed, mis lähevad interstitsiaalsesse vedelikku. See juhtub, mida lihtsam, seda rohkem neid rakkudesse ilmub, kuna vesinikioonide liig suurendab rakumembraani läbilaskvust. Me juba teame puhversüsteemide klassifikatsiooni. Erütrotsüütides on neil tõhusamad omadused, kuna siin mängivad rolli ikkagi kollageenkiud, mis reageerivad happe kogunemisele paisudes, neelavad selle ja vabastavad vesinikioonidest erütrotsüüte. See võime on tingitud selle neeldumisomadusest.
Puhvrite koostoime kehas
Kõik kehas olevad mehhanismid on omavahel seotud. Verepuhvrid koosnevad mitmest süsteemist, mille panus happe-aluse tasakaalu säilitamisse on erinev. Kui veri siseneb kopsudesse, saab see hapnikku.seondudes punastes verelibledes hemoglobiiniga, moodustades oksühemoglobiini (hapet), mis hoiab pH taset. Karboanhüdraasi abil toimub paralleelselt kopsuvere puhastamine süsihappegaasist, mis erütrotsüütides esineb nõrga kahealuselise süsihappe ja karbaminohemoglobiinina ning veres süsihappegaasi ja veena.
Nõrga kahealuselise süsihappe koguse vähenemisega erütrotsüütides tungib see verest erütrotsüütidesse ja veri puhastatakse süsihappegaasist. Seega liigub rakkudest pidev alt verre nõrk kahealuseline süsihape ja verest sisenevad erütrotsüütidesse inaktiivsed kloriidi anioonid, et säilitada neutraalsus. Selle tulemusena on punased verelibled happelisemad kui plasma. Kõiki puhversüsteeme õigustab prootonidoonori-aktseptori suhe (4:20), mis on seotud inimkeha ainevahetuse iseärasustega, moodustades rohkem happelisi saadusi kui aluselisi. Happepuhvri mahtuvuse näitaja on siin väga oluline.
Vahetusprotsessid kudedes
Happe-aluse tasakaalu säilitavad puhvrid ja metaboolsed transformatsioonid kehakudedes. Sellele aitavad kaasa biokeemilised ja füüsikalis-keemilised protsessid. Need aitavad kaasa ainevahetusproduktide happe-aluse omaduste kaotamisele, nende sidumisele, uute ühendite moodustumisele, mis erituvad kiiresti organismist. Näiteks eritub suur hulk piimhapet glükogeeniks, orgaanilised happed neutraliseeritakse naatriumisooladega. Tugevhapped ja leelised lahustuvad lipiidides ning orgaanilised happed oksüdeeruvad, moodustades süsihappe.
Seega on puhversüsteem esimene abiline happe-aluse tasakaalu normaliseerimisel inimkehas. PH stabiilsus on vajalik bioloogiliste molekulide ja struktuuride, elundite ja kudede normaalseks funktsioneerimiseks. Tavalistes tingimustes säilitavad puhverprotsessid tasakaalu vesiniku ja süsinikdioksiidi ioonide sisseviimise ja eemaldamise vahel, mis aitab säilitada püsivat pH taset veres.
Kui puhversüsteemide töös esineb rike, siis tekivad inimesel sellised patoloogiad nagu alkaloos või atsidoos. Kõik puhversüsteemid on omavahel ühendatud ja suunatud stabiilse happe-aluse tasakaalu säilitamisele. Inimkeha toodab pidev alt suurel hulgal happelisi tooteid, mis võrdub kolmekümne liitri tugeva happega.
Kehasiseste reaktsioonide püsivuse tagavad võimsad puhvrid: fosfaat, valk, hemoglobiin ja vesinikkarbonaat. Puhversüsteeme on teisigi, kuid need on elusorganismile peamised ja kõige vajalikumad. Ilma nende abita tekivad inimesel mitmesugused patoloogiad, mis võivad viia kooma või surmani.
