Թթու-բազային հավասարակշռությունը հսկայական դեր է խաղում մարդու մարմնի բնականոն գործունեության մեջ: Մարմնում շրջանառվող արյունը կենդանի բջիջների խառնուրդ է, որոնք գտնվում են հեղուկ միջավայրում: Առաջին անվտանգության հատկանիշը, որը վերահսկում է արյան pH-ի մակարդակը, բուֆերային համակարգն է: Սա ֆիզիոլոգիական մեխանիզմ է, որն ապահովում է թթու-բազային հավասարակշռության պարամետրերի պահպանումը` կանխելով pH-ի անկումը: Ինչ է այն և ինչ տեսակներ ունի, կիմանանք ստորև։
Նկարագրություն
Բուֆերային համակարգը յուրահատուկ մեխանիզմ է: Մարդու մարմնում դրանք մի քանիսն են, և բոլորը բաղկացած են պլազմայից և արյան բջիջներից: Բուֆերները հիմքեր են (սպիտակուցներ և անօրգանական միացություններ), որոնք կապում կամ նվիրաբերում են H+ և OH-՝ ոչնչացնելով pH-ի փոփոխությունը երեսուն վայրկյանի ընթացքում: Թթու-բազային հավասարակշռությունը պահպանելու բուֆերի կարողությունը կախված է այն տարրերի քանակից, որոնցից այն բաղկացած է:
Արյան բուֆերների տեսակներ
Անընդհատ շարժվող արյունը կենդանի բջիջներ են,որոնք գոյություն ունեն հեղուկ միջավայրում: Նորմալ pH-ը 7, 37-7, 44 է: Իոնների միացումը տեղի է ունենում որոշակի բուֆերի հետ, ստորև տրված է բուֆերային համակարգերի դասակարգումը: Այն ինքնին բաղկացած է պլազմայից և արյան բջիջներից և կարող է լինել ֆոսֆատ, սպիտակուց, բիկարբոնատ կամ հեմոգլոբին: Այս բոլոր համակարգերն ունեն գործողության բավականին պարզ մեխանիզմ: Նրանց գործունեությունն ուղղված է արյան մեջ իոնների մակարդակի կարգավորմանը։
Հեմոգլոբինի բուֆերի առանձնահատկությունները
Հեմոգլոբինի բուֆերային համակարգը բոլորից ամենահզորն է, այն ալկալի է հյուսվածքների մազանոթներում և թթու այնպիսի ներքին օրգանում, ինչպիսին թոքերը: Այն կազմում է ընդհանուր բուֆերային հզորության մոտ յոթանասունհինգ տոկոսը: Այս մեխանիզմը ներգրավված է բազմաթիվ պրոցեսների մեջ, որոնք տեղի են ունենում մարդու արյան մեջ, և իր բաղադրության մեջ ունի գլոբին: Երբ հեմոգլոբինի բուֆերը փոխվում է մեկ այլ ձևի (օքսիհեմոգլոբին), այս ձևը փոխվում է, և ակտիվ նյութի թթվային հատկությունները նույնպես փոխվում են:
Նվազեցված հեմոգլոբինի որակն ավելի ցածր է, քան կարբոնաթթունը, բայց շատ ավելի լավ է դառնում, երբ այն օքսիդացված է: Երբ pH-ի թթվայնությունը ձեռք է բերվում, հեմոգլոբինը միացնում է ջրածնի իոնները, պարզվում է, որ այն արդեն նվազել է։ Երբ ածխաթթու գազը մաքրվում է թոքերից, pH-ը դառնում է ալկալային: Այս պահին որպես պրոտոն դոնոր հանդես է գալիս օքսիդացված հեմոգլոբինը, որի օգնությամբ հավասարակշռվում է թթու-բազային հավասարակշռությունը։ Այսպիսով, բուֆերը, որը բաղկացած է օքսիհեմոգլոբինից և նրա կալիումի աղից, նպաստում է մարմնից ածխաթթու գազի արտազատմանը։
Այս բուֆերային համակարգը գործում էԿարևոր դեր է շնչառական գործընթացում, քանի որ այն իրականացնում է թթվածին հյուսվածքներին և ներքին օրգաններին փոխանցելու և դրանցից ածխաթթու գազը հեռացնելու տրանսպորտային գործառույթը: Էրիտրոցիտների ներսում թթու-բազային հավասարակշռությունը պահպանվում է հաստատուն մակարդակի վրա, հետևաբար նաև արյան մեջ։
Այսպիսով, երբ արյունը հագեցված է թթվածնով, հեմոգլոբինը վերածվում է ուժեղ թթվի, իսկ երբ այն տալիս է թթվածինը, այն վերածվում է բավականին թույլ օրգանական թթվի։ Օքսիհեմոգլոբինի և հեմոգլոբինի համակարգերը փոխկապակցված են, գոյություն ունեն որպես մեկ։
Բիկարբոնատային բուֆերի առանձնահատկությունները
Բիկարբոնատային բուֆերային համակարգը նույնպես հզոր է, բայց նաև ամենակառավարվողն է մարմնում: Այն կազմում է ընդհանուր բուֆերային հզորության մոտ տասը տոկոսը: Այն ունի բազմակողմանի հատկություններ, որոնք ապահովում են դրա երկկողմանի արդյունավետությունը: Այս բուֆերը պարունակում է միացված թթու-բազային զույգ, որը բաղկացած է այնպիսի մոլեկուլներից, ինչպիսիք են ածխաթթուն (պրոտոնի աղբյուր) և անիոն բիկարբոնատ (պրոտոն ընդունող):
Այսպիսով, բիկարբոնատային բուֆերային համակարգը նպաստում է համակարգված գործընթացին, որտեղ հզոր թթուն ներթափանցում է արյան մեջ: Այս մեխանիզմը թթուն կապում է բիկարբոնատ անիոնների հետ՝ առաջացնելով կարբոնաթթու և դրա աղը։ Երբ ալկալին մտնում է արյան մեջ, բուֆերը կապվում է կարբոնաթթվի հետ՝ առաջացնելով բիկարբոնատային աղ։ Քանի որ մարդու արյան մեջ նատրիումի բիկարբոնատն ավելի շատ է, քան կարբոնաթթուն, այս բուֆերային հզորությունը կունենա բարձր թթվայնություն: Այլ կերպ ասած՝ ածխաջրածնային բուֆերհամակարգը (բիկարբոնատ) շատ լավ է փոխհատուցում արյան թթվայնությունը բարձրացնող նյութերը: Դրանց թվում են կաթնաթթուն, որի կոնցենտրացիան մեծանում է ինտենսիվ ֆիզիկական ճիգով, և այս բուֆերը շատ արագ արձագանքում է արյան թթու-բազային հավասարակշռության փոփոխություններին։
Ֆոսֆատային բուֆերի առանձնահատկությունները
Մարդկային ֆոսֆատային բուֆերային համակարգը զբաղեցնում է ընդհանուր բուֆերային հզորության մոտ երկու տոկոսը, ինչը կապված է արյան մեջ ֆոսֆատների պարունակության հետ: Այս մեխանիզմը պահպանում է մեզի և բջիջների ներսում գտնվող հեղուկի pH-ը: Բուֆերը բաղկացած է անօրգանական ֆոսֆատներից՝ միահիմն (գործում է որպես թթու) և երկհիմն (գործում է որպես ալկալի): Նորմալ pH-ի դեպքում թթվի և հիմքի հարաբերակցությունը 1:4 է: Ջրածնի իոնների քանակի ավելացմամբ ֆոսֆատային բուֆերային համակարգը կապվում է դրանց հետ՝ առաջացնելով թթու։ Այս մեխանիզմն ավելի թթվային է, քան ալկալայինը, ուստի այն հիանալի կերպով չեզոքացնում է թթվային մետաբոլիտները, օրինակ՝ կաթնաթթուն, որոնք մտնում են մարդու արյան մեջ:
Սպիտակուցային բուֆերի առանձնահատկությունները
Սպիտակուցային բուֆերը այլ համակարգերի համեմատ այնքան էլ առանձնահատուկ դեր չի խաղում թթու-բազային հավասարակշռության կայունացման գործում: Այն կազմում է ընդհանուր բուֆերային հզորության մոտ յոթ տոկոսը: Սպիտակուցները կազմված են մոլեկուլներից, որոնք միավորվում են՝ առաջացնելով թթու-բազային միացություններ։ Թթվային միջավայրում նրանք գործում են որպես ալկալիներ, որոնք կապում են թթուները, իսկ ալկալային միջավայրում ամեն ինչ հակառակն է լինում։
Սա հանգեցնում է սպիտակուցային բուֆերային համակարգի ձևավորմանը, որըԱյն բավականին արդյունավետ է 7,2-ից 7,4 pH արժեքի դեպքում, սպիտակուցների մեծ մասը ներկայացված է ալբումիններով և գլոբուլիններով: Քանի որ սպիտակուցի լիցքը զրոյական է, նորմալ pH-ի դեպքում այն գտնվում է ալկալիի և աղի տեսքով: Այս բուֆերային հզորությունը կախված է սպիտակուցների քանակից, դրանց կառուցվածքից և ազատ պրոտոններից։ Այս բուֆերը կարող է չեզոքացնել ինչպես թթվային, այնպես էլ ալկալային արտադրանքները: Բայց դրա տարողությունը ավելի թթվային է, քան ալկալային:
Էրիտրոցիտների առանձնահատկությունները
Սովորաբար էրիթրոցիտներն ունեն հաստատուն pH՝ 7, 25: Այստեղ ազդեցություն ունեն հիդրոկարբոնատային և ֆոսֆատային բուֆերները: Բայց ուժի առումով նրանք տարբերվում են արյան մեջ եղածներից։ Էրիտրոցիտներում սպիտակուցային բուֆերը հատուկ դեր է խաղում օրգաններին և հյուսվածքներին թթվածնով ապահովելու, ինչպես նաև դրանցից ածխաթթու գազի հեռացման գործում։ Բացի այդ, այն պահպանում է մշտական pH արժեքը էրիթրոցիտների ներսում: Էրիտրոցիտներում սպիտակուցային բուֆերը սերտորեն կապված է բիկարբոնատային համակարգի հետ, քանի որ թթվի և աղի հարաբերակցությունն այստեղ ավելի քիչ է, քան արյան մեջ։
Բուֆերային համակարգի օրինակ
Ուժեղ թթուների և ալկալիների լուծույթները, որոնք ունեն թույլ ռեակցիաներ, ունեն փոփոխական pH: Բայց քացախաթթվի խառնուրդն իր աղի հետ պահպանում է կայուն արժեքը։ Նույնիսկ եթե դրանց մեջ ավելացնեք թթու կամ ալկալի, թթու-բազային հավասարակշռությունը չի փոխվի։ Որպես օրինակ, դիտարկենք ացետատի բուֆերը, որը բաղկացած է CH3COOH թթվից և դրա աղից CH3COO: Եթե ավելացնեք ուժեղ թթու, ապա աղի հիմքը կկապի H + իոնները և կվերածվի քացախաթթվի։ Աղի անիոնի նվազեցումհավասարակշռված թթվի մոլեկուլների ավելացմամբ: Արդյունքում, թթվի և նրա աղի հարաբերակցության մեջ քիչ փոփոխություն կա, ուստի pH-ը բավականին աննկատ փոխվում է։
Բուֆերային համակարգերի գործողության մեխանիզմ
Երբ թթվային կամ ալկալային արտադրանքները մտնում են արյան շրջանառություն, բուֆերը պահպանում է մշտական pH արժեքը, մինչև մուտքային արտադրանքները դուրս գան կամ օգտագործվեն նյութափոխանակության գործընթացներում: Մարդու արյան մեջ կա չորս բուֆեր, որոնցից յուրաքանչյուրը բաղկացած է երկու մասից՝ թթվից և դրա աղից, ինչպես նաև ուժեղ ալկալից։
Բուֆերի ազդեցությունը պայմանավորված է նրանով, որ այն կապում և չեզոքացնում է իրեն համապատասխան բաղադրության հետ եկող իոնները։ Քանի որ բնության մեջ օրգանիզմն ամենից շատ հանդիպում է նյութափոխանակության թերօքսիդացված արտադրանքներին, բուֆերի հատկություններն ավելի շատ հակաթթվային են, քան հակաալկալային:
Յուրաքանչյուր բուֆերային համակարգ ունի իր գործունեության սկզբունքը: Երբ pH-ի մակարդակը իջնում է 7.0-ից, սկսվում է նրանց ակտիվ ակտիվությունը: Նրանք սկսում են կապել ավելցուկային ազատ ջրածնի իոնները՝ առաջացնելով թթվածին տեղափոխող բարդույթներ։ Այն իր հերթին շարժվում է դեպի մարսողական համակարգ, թոքեր, մաշկ, երիկամներ և այլն։ Թթվային և ալկալային մթերքների նման տեղափոխումը նպաստում է դրանց բեռնաթափմանը և արտազատմանը։
Մարդու մարմնում միայն չորս բուֆերային համակարգեր են կարևոր դեր խաղում թթու-բազային հավասարակշռությունը պահպանելու համար, սակայն կան նաև այլ բուֆերներ, ինչպիսիք են ացետատի բուֆերային համակարգը, որն ունի թույլ թթու (դոնոր) և դրա աղը (ընդունող): Այս մեխանիզմների ունակությունըսահմանափակվում է արյան մեջ թթվի կամ աղի ներթափանցման ժամանակ pH-ի փոփոխություններին դիմակայելու համար: Նրանք պահպանում են թթու-բազային հավասարակշռությունը միայն այն դեպքում, երբ որոշակի քանակությամբ ուժեղ թթու կամ ալկալի է մատակարարվում: Եթե այն գերազանցի, pH-ը կտրուկ կփոխվի, բուֆերային համակարգը կդադարի գործել:
Բուֆերների արդյունավետություն
Արյան և էրիթրոցիտների բուֆերներն ունեն տարբեր արդյունավետություն: Վերջինիս մոտ այն ավելի բարձր է, քանի որ այստեղ կա հեմոգլոբինի բուֆեր։ Իոնների քանակի նվազումը տեղի է ունենում բջջից միջբջջային միջավայր, այնուհետև արյուն ուղղությամբ։ Սա ենթադրում է, որ արյունն ունի ամենամեծ բուֆերային հզորությունը, մինչդեռ ներբջջային միջավայրը՝ ամենափոքրը։
Երբ բջիջները նյութափոխանակվում են, թթուներ են առաջանում, որոնք անցնում են միջանկյալ հեղուկ: Դա տեղի է ունենում այնքան հեշտ, որքան շատ են դրանք հայտնվում բջիջներում, քանի որ ջրածնի իոնների ավելցուկը մեծացնում է բջջային թաղանթի թափանցելիությունը: Մենք արդեն գիտենք բուֆերային համակարգերի դասակարգումը: Էրիտրոցիտներում դրանք ավելի արդյունավետ հատկություններ ունեն, քանի որ այստեղ դեռևս դեր են խաղում կոլագենի մանրաթելերը, որոնք ուռչելով արձագանքում են թթվի կուտակմանը, կլանում են այն և ջրածնի իոններից ազատում էրիթրոցիտները։ Այս ունակությունը պայմանավորված է իր կլանման հատկությամբ:
Բուֆերների փոխազդեցությունը մարմնում
Բոլոր մեխանիզմները, որոնք գտնվում են մարմնում, փոխկապակցված են։ Արյան բուֆերները բաղկացած են մի քանի համակարգերից, որոնց ներդրումը թթու-բազային հավասարակշռության պահպանման գործում տարբեր է։ Երբ արյունը մտնում է թոքեր, այն ստանում է թթվածին:արյան կարմիր բջիջներում հեմոգլոբինին միանալով՝ առաջացնելով օքսիհեմոգլոբին (թթու), որը պահպանում է pH-ի մակարդակը։ Կարբոնանհիդրազի օգնությամբ տեղի է ունենում թոքերի արյան զուգահեռ մաքրում ածխաթթու գազից, որը էրիթրոցիտներում ներկայացված է թույլ երկհիմնական կարբոնաթթվի և կարբամինոհեմոգլոբինի, իսկ արյան մեջ՝ ածխաթթու գազի և ջրի տեսքով։
Էրիտրոցիտներում թույլ երկհիմն ածխաթթվի քանակի նվազմամբ այն արյունից ներթափանցում է էրիթրոցիտ, և արյունը մաքրվում է ածխաթթու գազից։ Այսպիսով, թույլ երկհիմն կարբոնաթթուն բջիջներից անընդհատ անցնում է արյուն, և ոչ ակտիվ քլորիդային անիոնները արյունից մտնում են էրիթրոցիտներ՝ չեզոքություն պահպանելու համար։ Արդյունքում, կարմիր արյան բջիջները ավելի թթվային են, քան պլազման: Բոլոր բուֆերային համակարգերը հիմնավորված են պրոտոն դոնոր-ընդունիչ հարաբերակցությամբ (4:20), որը կապված է մարդու օրգանիզմի նյութափոխանակության առանձնահատկությունների հետ, որն ավելի շատ թթվային արտադրանք է կազմում, քան ալկալայինները։ Այստեղ շատ կարևոր է թթվային բուֆերային հզորությունների ցուցանիշը։
Հյուսվածքներում փոխանակման գործընթացներ
Թթու-բազային հավասարակշռությունը պահպանվում է մարմնի հյուսվածքներում բուֆերների և նյութափոխանակության փոխակերպումների միջոցով: Դրան նպաստում են կենսաքիմիական և ֆիզիկաքիմիական գործընթացները։ Նրանք նպաստում են նյութափոխանակության արտադրանքի թթու-բազային հատկությունների կորստին, դրանց կապակցմանը, նոր միացությունների առաջացմանը, որոնք արագ արտազատվում են օրգանիզմից։ Օրինակ՝ մեծ քանակությամբ կաթնաթթու արտազատվում է գլիկոգենի մեջ, օրգանական թթուները չեզոքացվում են նատրիումի աղերով։ Ուժեղթթուները և ալկալիները լուծվում են լիպիդներում, իսկ օրգանական թթուները օքսիդանում են՝ առաջացնելով ածխաթթու:
Այսպիսով, բուֆերային համակարգը մարդու օրգանիզմում թթու-բազային հավասարակշռության նորմալացման առաջին օգնականն է: pH կայունությունը անհրաժեշտ է կենսաբանական մոլեկուլների և կառուցվածքների, օրգանների և հյուսվածքների բնականոն գործունեության համար: Նորմալ պայմաններում բուֆերային պրոցեսները հավասարակշռություն են պահպանում ջրածնի և ածխածնի երկօքսիդի իոնների ներմուծման և հեռացման միջև, ինչը օգնում է պահպանել արյան մեջ pH-ի մշտական մակարդակը:
Եթե բուֆերային համակարգերի աշխատանքում խափանում է, ապա մարդու մոտ զարգանում են այնպիսի պաթոլոգիաներ, ինչպիսիք են ալկալոզը կամ ացիդոզը: Բոլոր բուֆերային համակարգերը փոխկապակցված են և ուղղված են կայուն թթու-բազային հավասարակշռության պահպանմանը: Մարդու մարմինը մշտապես արտադրում է մեծ քանակությամբ թթվային արտադրանք, որը համարժեք է երեսուն լիտր ուժեղ թթվի։
Մարմնի ներսում ռեակցիաների կայունությունն ապահովում են հզոր բուֆերները՝ ֆոսֆատ, սպիտակուց, հեմոգլոբին և բիկարբոնատ: Կան այլ բուֆերային համակարգեր, բայց դրանք հիմնականն ու ամենաանհրաժեշտն են կենդանի օրգանիզմի համար։ Առանց նրանց օգնության մարդու մոտ կզարգանան տարբեր պաթոլոգիաներ, որոնք կարող են հանգեցնել կոմայի կամ մահվան։
