Буферные системы крови презентация

Значение постоянства рН в организме
Изменение активной реакции среды крови приводит к серьезным нарушениям жизнедеятельности организма

Буферные системы
Растворы, обладающие свойством достаточно стойко сохранять постоянное значение активной реакции среды как при добавлении кислоты и щелочей, так и при разведении
С точки зрения протонной теории буферными системами являются сопряженные кислотно-основные пары

Классификация буферных систем
Буферные системы кислотного типа (слабая кислота и соль этой кислоты и слабого основания)
CH3COO-/CH3COOH – ацетатный буфер
Буферные системы основного типа (слабое основание и соль этого основания и сильной кислоты)
NH4+/ NH4OH – аммиачный буфер

Анионы многоосновных кислот (анионы кислой и средней или двух кислых солей)
HPO42-/H2PO4- – фосфатный буфер
Ионы и молекулы амфолитов
R – CH – COO-
| – белковый буфер
NH3+

Вывод формулы рН буферных систем
В растворе имеет место равновесие
CH3COOH ⮀ H+ + CH3COO-
[H+][CH3COO-]
Кд = ---------------------
[CH3COOH]
[CH3COOH]
[H+] = КД-----------------
[CH3COO-]
- для уксусной кислоты
Присутствие соли влияет на диссоциацию кислоты
CH3COONa ⮀ Na+ + CH3COO- (α = 1)
CH3COOH ← H+ + CH3COO-
КД(CH3COOH) =
= 1,8⋅10-5
[CH3COOH] = Cкислоты
[CH3COO-] = Cсоли

Cкислоты
[H+] = КД ---------------- моль/л
Cсоли
Cкислоты
рН = -lg[H+] = - lgКД – lg ------------------- или
Cсоли
Cсоли
рН = рКа + lg ----------------- –
Cкислоты
– это уравнение Гендерсона-Гассельбаха
Cсоли
рН = 14 – рКв – lg ----------------
Cоснования

Анализ уравнения Гендерсона-Гассельбаха
рН буферной системы зависит от:
Константы диссоциации слабой кислоты рКа или основания рКв
Соотношения концентраций взятых компонентов
Наиболее эффективно буферная система работает когда концентрации компонентов равны, т.е. когда рН = рК

Механизм действия буферных систем
CH3COOH + CH3COONa
CH3COONa + HCI = CH3COOH + NaCI
Кислота нейтрализуется солью
CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
В этом случае щелочь нейтрализуется слабой кислотой. Небольшое изменение в соотношении концентраций слабой кислоты ее соли незначительно изменяет рН

Эффективность буферных систем
При добавлении больших количеств кислот и щелочей меняется соотношение кислота/соль и меняется рН буферной системы

Буферная емкость (В)
Количество молей эквивалентов сильной кислоты или основания, которое необходимо добавить к 1 литру буферной смеси, чтобы изменить рН на единицу
ν ν
В = ------------------ = -----------
(рН2 – рН1)⋅VЛ ΔрН⋅ VЛ
Буферная емкость рассчитывается и по кислоте (Ва) и по основанию (Вв). Эти величины обычно не одинаковы.

Буферная емкость зависит от:
Абсолютной концентрации компонентов буферной системы
От соотношения между этими концентрациями
Наибольшей буферной емкостью будут обладать растворы с соотношением:
[кислота]
-------------- = 1
[соль]

Пример
Имеем два ацетатных буфера, концентрация компонентов в одном составляет 10 мг-экв, а в другом 100 мг-экв. Соотношение компонентов кислота/соль = 1. Добавим к каждому буферу по 5 мг-экв HCI
[кислота] 10 + 5 15
------------ = --------- = ------ = 3;
[соль] 10 – 5 5
[кислота] 100 + 5 105
------------ = --------- = ------ ≈ 1;
[соль] 100 – 5 95

Рабочий участок буферной системы
Значение рН, при котором сохраняются свойства буферной системы
(рН = рК ± 1)
Способность противодействовать изменению значения рН наиболее высокая в точке рН = рК и эффективна в пределах рК ± 1

Буферные системы организма
Гидрокарбонатная
Белковая
Гемоглобиновая-оксигемоглобиновая
Фосфатная
Аминокислотная

Буферные системы плазмы крови
Гидрокарбонатная буферная система
H2CO3 + NaHCO3
Является первой по значимости; составляет в плазме 35% буферной емкости крови и 18% - в эритроцитах (всего 53%)

Ее особенности в организме
Действие тесно связано с функцией дыхания организма
Один из компонентов буферной системы (угольная кислота) образуется в крови из CO2
CO2(г) ⮀ CO2(р) ⮀ H2CO3 ⮀ H+ + HCO3-
Концентрация CO2 в крови определяется коэффициентом растворимости при 37ºC и парциальным давлением рCO2
[H2CO3] = C⋅pCO2

Уравнение Гендерсона-Гассельбаха для гидрокарбонатного буфера:
[HCO3-]
pH = рК(H2CO3) + lg-------------;
[H2CO3]
[HCO3-]
рН = рК(H2CO3) + lg-------------
C⋅pCO2
В организме: [HCO3-]
---------- = 10
[H2CO3]
рН = 6,4 + lg10 = 6,4 + 1 = 7,4

Механизм действия
HCO3-/H2CO3
В случае накопления кислот в крови расходуется NaHCO3:
HCO3- + H+ → H2CO3
При повышении кислотности увеличивается объем легочной вентиляции:
H2CO3 → CO2↑ + H2O
При увеличении щелочности расходуется H2CO3, уменьшается легочная вентиляция, накапливается CO2:
H2CO3 + OH- → H2O + HCO3-

Механизмы регуляции дыхания стабилизируют буферное соотношение в гидрокарбонатном буфере. Чувствительность дыхательного центра к изменению рН очень велика.
Уменьшение рН на 0,1 Увеличивает объем легочной вентиляции в 2 раза
Таким образом, механизм действия гидрокарбонатного буфера связан с функцией дыхания

Белковая буферная система
Составляет в плазме 7% буферной емкости крови.
R – CH – COOH
|
NH2
Белок-соль
R – CH – COO- + H+ → R – CH – COOH
| |
NH3+ NH3+

Белок-основание
R – CH – COO- + H+ → R – CH – COO-
| |
NH2 NH3+
Белок-кислота
R – CH – COOH + OH- → R – CH – COO- +
| |
NH3+ NH3+
+ H2O
Аминокислоты

Фосфатная буферная система
Na2HPO4 + NaH2PO4
Концентрация ее компонентов в плазме невелика (фосфаты выводятся с мочой). Составляет в плазме 1% буферной емкости крови и 4% - в эритроцитах. Наибольшее значение имеет в тканях, моче, пищеварительных соках. В крови буферное соотношение
Na2HPO4
----------- = 3,5
NaH2PO4
Фосфатная буферная система имеет более высокую емкость по кислоте

Буферные системы эритроцитов
Гемоглобиновый-оксигемоглобиновый буфер
Составляет 35% буферной емкости крови
HHb ⮀ H+ + Hb- (рК = 8,2)
HHbO2 ⮀ H+ + HbO2- (рК = 6,95)
HHb и HHbO2 – слабые кислоты, но HHbO2 – сильнее (около 65% HHbO2 находится в диссоциированном состоянии, а HHb – тоько на 10%)
При добавлении кислот:
H+ + Hb- → HHb;
При добавлении оснований:
HHbO2 + OH- → HbO2- + H2O

Связь с дыханием
HHb + O2 → HHbO2 В легких
CO2: Кровь → легкие
HHbO2 → HHb + O2 В тканях
CO2: Ткани → кровь

Кооперативность действия буферных систем крови
Фосфатная буферная система проявляет кооперативность действия с гидрокарбонатной буферной системой. Если наступает истощение гидрокарбонатной буферной системы (в пределах 7,4), то фосфатная способна поддерживать рН в пределах 6,2-8,2.
Большой вклад в буферную емкость вносят органические фосфаты: триозофосфаты, гексозофосфаты, аденозинфосфаты, а также фосфолипиды (строительный материал клеточных мембран); сама мембрана обладает буферным действием

Кислотно-основное равновесие
Соотношение кислотных и основных свойств крови

Показатели
кислотно-основного состояния
крови
рН крови (7,4 ± 0,05)
Парциальное давление CO2
p CO2 = 40 ± 5 мм рт. ст.
алкалоз: 10 мм рт. ст.
ацидоз: 130 мм рт. ст.
Содержание гидрокарбонатов в плазме
C(H2CO3) = 24.4 ± 3 ммоль/л
Общее содержание буферных оснований в плазме крови (ВВ = 42 ± 3 ммоль/л)
Избыток или дефицит буферных оснований в крови (ВЕ) – в норме ± 3, при патологии ± 30 ммоль/л

Резервная щелочность крови
Способность крови связывать CO2
Она определяется количеством CO2, связанной в виде гидрокарбонатов. Определяют общее количество CO2 и количество физически растворимой CO2 в исследуемой плазме. Вычитая из первой цифры вторую, получают искомую величину. Она выражается в объемных процентах CO2 (объем CO2 в мл на 100 мл плазмы). В плазме у человека резервная щелочность составляет 50-65% CO2

Нарушения К-О равновесия
Уменьшение емкости буферных систем крови по кислоте (ацидоз) или по щелочи (алкалоз)
Причины:
Дыхание (состав газовой смеси, частота)
Потребление кислот и оснований
Метаболизм (диабет)

Виды нарушений К-О равновесия
Компенсированный ацидоз
Некомпенсированный ацидоз
Компенсированный алкалоз
Некомпенсированный алкалоз