تعادل اسید و باز نقش مهمی در عملکرد طبیعی بدن انسان دارد. خون در حال گردش در بدن مخلوطی از سلول های زنده است که در یک زیستگاه مایع قرار دارند. اولین ویژگی امنیتی که سطح pH خون را کنترل می کند، سیستم بافر است. این یک مکانیسم فیزیولوژیکی است که با جلوگیری از افت pH تضمین می کند که پارامترهای تعادل اسید و باز حفظ می شوند. چیست و چه انواعی دارد، در ادامه خواهیم فهمید.
شرح
سیستم بافر یک مکانیسم منحصر به فرد است. چندین مورد از آنها در بدن انسان وجود دارد و همه آنها از پلاسما و سلول های خونی تشکیل شده اند. بافرها بازها (پروتئین ها و ترکیبات معدنی) هستند که H+ و OH- را متصل یا اهدا می کنند و در عرض 30 ثانیه تغییر pH را از بین می برند. توانایی بافر برای حفظ تعادل اسید-باز بستگی به تعداد عناصری دارد که از آن تشکیل شده است.
انواع بافرهای خون
خونی که دائماً در حال حرکت است سلولهای زنده هستند،که در یک محیط مایع وجود دارد. pH طبیعی 7، 37-7، 44 است. اتصال یون ها با یک بافر خاص اتفاق می افتد، طبقه بندی سیستم های بافر در زیر آورده شده است. خود از پلاسما و سلول های خونی تشکیل شده و می تواند فسفات، پروتئین، بی کربنات یا هموگلوبین باشد. همه این سیستم ها مکانیسم عمل نسبتاً ساده ای دارند. فعالیت آنها با هدف تنظیم سطح یون های خون است.
ویژگی های بافر هموگلوبین
سیستم بافر هموگلوبین از همه قوی تر است، این یک قلیایی در مویرگ های بافت ها و یک اسید در اندام داخلی مانند ریه ها است. حدود هفتاد و پنج درصد از کل ظرفیت بافر را تشکیل می دهد. این مکانیسم در بسیاری از فرآیندهایی که در خون انسان رخ می دهد، دخیل است و در ترکیب آن گلوبین وجود دارد. هنگامی که بافر هموگلوبین به شکل دیگری (اکسی هموگلوبین) تغییر می کند، این شکل تغییر می کند و خواص اسیدی ماده فعال نیز تغییر می کند.
کیفیت هموگلوبین کاهش یافته کمتر از اسید کربنیک است، اما زمانی که اکسید شود بسیار بهتر می شود. هنگامی که اسیدیته pH به دست می آید، هموگلوبین یون های هیدروژن را ترکیب می کند، معلوم می شود که قبلا کاهش یافته است. هنگامی که دی اکسید کربن از ریه ها پاک می شود، pH قلیایی می شود. در این زمان هموگلوبین که اکسید شده است به عنوان دهنده پروتون عمل می کند و به کمک آن تعادل اسید و باز متعادل می شود. بنابراین، بافر، که از اکسی هموگلوبین و نمک پتاسیم آن تشکیل شده است، باعث آزاد شدن دی اکسید کربن از بدن می شود.
این سیستم بافر کار می کندنقش مهمی در فرآیند تنفسی دارد، زیرا وظیفه انتقال اکسیژن به بافت ها و اندام های داخلی و حذف دی اکسید کربن از آنها را انجام می دهد. تعادل اسید و باز در داخل گلبول های قرمز در سطح ثابتی حفظ می شود، بنابراین در خون نیز وجود دارد.
بنابراین، وقتی خون با اکسیژن اشباع می شود، هموگلوبین به اسید قوی تبدیل می شود و وقتی اکسیژن را از دست می دهد، به یک اسید آلی نسبتاً ضعیف تبدیل می شود. سیستم های اکسی هموگلوبین و هموگلوبین قابل تبدیل هستند، آنها به عنوان یک وجود دارند.
ویژگی های بافر بی کربنات
سیستم بافر بی کربنات نیز قدرتمند است، اما همچنین در بدن کنترل می شود. حدود ده درصد از کل ظرفیت بافر را تشکیل می دهد. این دارای خواص چند منظوره است که اثربخشی دو طرفه آن را تضمین می کند. این بافر حاوی یک جفت اسید-باز مزدوج است که از مولکول هایی مانند اسید کربنیک (منبع پروتون) و بی کربنات آنیون (پذیرنده پروتون) تشکیل شده است.
بنابراین، سیستم بافر بی کربنات یک فرآیند سیستماتیک را ترویج می کند که در آن یک اسید قدرتمند وارد جریان خون می شود. این مکانیسم اسید را به آنیون های بی کربنات متصل می کند و اسید کربنیک و نمک آن را تشکیل می دهد. هنگامی که قلیایی وارد خون می شود، بافر به اسید کربنیک متصل می شود و نمک بی کربنات را تشکیل می دهد. از آنجایی که بی کربنات سدیم در خون انسان بیشتر از اسید کربنیک است، این ظرفیت بافر اسیدیته بالایی خواهد داشت. به عبارت دیگر بافر هیدروکربنیسیستم (بی کربنات) در جبران موادی که اسیدیته خون را افزایش می دهند بسیار خوب است. اینها شامل اسید لاکتیک است که غلظت آن با فعالیت بدنی شدید افزایش می‌یابد و این بافر خیلی سریع به تغییرات تعادل اسید-باز در خون واکنش نشان می‌دهد.
ویژگی های بافر فسفات
سیستم بافر فسفات انسانی نزدیک به دو درصد از کل ظرفیت بافر را اشغال می کند که مربوط به محتوای فسفات در خون است. این مکانیسم PH ادرار و مایع داخل سلول ها را حفظ می کند. بافر از فسفات های معدنی تشکیل شده است: مونوبازیک (به عنوان یک اسید عمل می کند) و دوبازیک (به عنوان یک قلیایی عمل می کند). در pH نرمال، نسبت اسید به باز 1:4 است. با افزایش تعداد یون های هیدروژن، سیستم بافر فسفات به آنها متصل می شود و یک اسید تشکیل می دهد. این مکانیسم اسیدی تر از قلیایی است، بنابراین متابولیت های اسیدی مانند اسید لاکتیک را که وارد جریان خون انسان می شوند کاملاً خنثی می کند.
ویژگی های بافر پروتئین
بافر پروتئین در مقایسه با سایر سیستم ها نقش خاصی در تثبیت تعادل اسید و باز ندارد. حدود هفت درصد از کل ظرفیت بافر را تشکیل می دهد. پروتئین ها از مولکول هایی تشکیل شده اند که با هم ترکیب می شوند و ترکیبات اسید-باز را تشکیل می دهند. در یک محیط اسیدی، آنها به عنوان قلیایی عمل می کنند که اسیدها را به هم متصل می کنند، در یک محیط قلیایی، همه چیز برعکس اتفاق می افتد.
این منجر به تشکیل یک سیستم بافر پروتئین می شود کهدر مقدار pH 7.2 تا 7.4 کاملاً مؤثر است بخش بزرگی از پروتئین ها توسط آلبومین ها و گلوبولین ها نشان داده می شوند. از آنجایی که بار پروتئین صفر است، در pH معمولی به شکل قلیایی و نمک است. این ظرفیت بافر به تعداد پروتئین ها، ساختار آنها و پروتون های آزاد بستگی دارد. این بافر می تواند محصولات اسیدی و قلیایی را خنثی کند. اما ظرفیت آن اسیدی تر از قلیایی است.
ویژگی های گلبول های قرمز
به طور معمول، گلبول های قرمز pH ثابتی دارند - 7، 25. بافرهای هیدروکربنات و فسفات در اینجا تأثیر دارند. اما از نظر قدرت با کسانی که در خون هستند تفاوت دارند. در گلبول های قرمز، بافر پروتئین نقش ویژه ای در تامین اکسیژن اندام ها و بافت ها و همچنین حذف دی اکسید کربن از آنها دارد. علاوه بر این، مقدار pH را در داخل گلبول های قرمز ثابت نگه می دارد. بافر پروتئین در گلبول های قرمز ارتباط نزدیکی با سیستم بی کربنات دارد، زیرا نسبت اسید و نمک در اینجا کمتر از خون است.
نمونه سیستم بافر
محلول‌های اسیدهای قوی و قلیاها که واکنش‌های ضعیفی دارند، pH متغیری دارند. اما مخلوط اسید استیک با نمک آن ارزش ثابتی را حفظ می کند. حتی اگر اسید یا قلیایی به آنها اضافه کنید، تعادل اسید و باز تغییر نخواهد کرد. به عنوان مثال، بافر استات را در نظر بگیرید که از اسید CH3COOH و نمک آن CH3COO تشکیل شده است. اگر یک اسید قوی اضافه کنید، پایه نمک یون های H + را متصل می کند و به اسید استیک تبدیل می شود. کاهش آنیون نمکبا افزایش مولکول های اسید متعادل می شود. در نتیجه، تغییر کمی در نسبت اسید به نمک آن وجود دارد، بنابراین pH کاملاً نامحسوس تغییر می‌کند.
مکانیسم عمل سیستم های بافر
هنگامی که محصولات اسیدی یا قلیایی وارد جریان خون می شوند، بافر مقدار pH ثابتی را حفظ می کند تا زمانی که محصولات دریافتی دفع شوند یا در فرآیندهای متابولیک استفاده شوند. در خون انسان چهار بافر وجود دارد که هر کدام از دو قسمت تشکیل شده است: اسید و نمک آن و همچنین یک قلیایی قوی.
اثر یک بافر به این دلیل است که یون هایی را که با ترکیب مربوط به آن می آیند متصل می کند و خنثی می کند. از آنجایی که بدن در طبیعت بیشتر از همه با محصولات متابولیکی کمتر اکسید شده مواجه می شود، خواص بافر بیشتر ضد اسید است تا ضد قلیایی.
هر سیستم بافر اصول کار خود را دارد. هنگامی که سطح pH به زیر 7.0 می رسد، فعالیت شدید آنها شروع می شود. آنها شروع به اتصال یون های هیدروژن آزاد اضافی می کنند و مجتمع هایی را تشکیل می دهند که اکسیژن را حرکت می دهند. به نوبه خود به سمت دستگاه گوارش، ریه ها، پوست، کلیه ها و غیره حرکت می کند. چنین حمل و نقل محصولات اسیدی و قلیایی به تخلیه و دفع آنها کمک می کند.
در بدن انسان، تنها چهار سیستم بافر نقش مهمی در حفظ تعادل اسید و باز ایفا می کنند، اما بافرهای دیگری مانند سیستم بافر استات که دارای اسید ضعیف (دهنده) و نمک آن است، وجود دارد. پذیرنده). توانایی این مکانیسم هامقاومت در برابر تغییرات pH در هنگام ورود اسید یا نمک به خون محدود است. آنها تعادل اسید و باز را تنها زمانی حفظ می کنند که یک اسید یا قلیایی قوی به مقدار معینی عرضه شود. اگر از آن بیشتر شود، pH به طور چشمگیری تغییر می کند، سیستم بافر از کار می افتد.
کارایی بافر
بافرهای خون و گلبول های قرمز کارایی متفاوتی دارند. در دومی، بالاتر است، زیرا یک بافر هموگلوبین در اینجا وجود دارد. کاهش تعداد یون ها در جهت از سلول به محیط بین سلولی و سپس به خون اتفاق می افتد. این نشان می دهد که خون دارای بیشترین ظرفیت بافر است، در حالی که محیط داخل سلولی دارای کمترین ظرفیت بافر است.
هنگامی که سلول ها متابولیزه می شوند، اسیدهایی ظاهر می شوند که به مایع بینابینی منتقل می شوند. این امر هر چه آسان تر اتفاق می افتد، هر چه تعداد بیشتری از آنها در سلول ها ظاهر شوند، زیرا بیش از حد یون های هیدروژن باعث افزایش نفوذپذیری غشای سلولی می شود. ما قبلاً طبقه بندی سیستم های بافر را می دانیم. در گلبول های قرمز، آنها خواص موثرتری دارند، زیرا فیبرهای کلاژن هنوز در اینجا نقش دارند، که با تورم به تجمع اسید واکنش نشان می دهند، آن را جذب می کنند و گلبول های قرمز را از یون های هیدروژن آزاد می کنند. این توانایی به دلیل خاصیت جذب آن است.
تعامل بافرها در بدن
همه مکانیسم هایی که در بدن هستند به هم مرتبط هستند. بافرهای خونی از چندین سیستم تشکیل شده اند که سهم آنها در حفظ تعادل اسید و باز متفاوت است. هنگامی که خون وارد ریه ها می شود، اکسیژن دریافت می کند.با اتصال به هموگلوبین در گلبول های قرمز خون، تشکیل اکسی هموگلوبین (اسید)، که سطح pH را حفظ می کند. با کمک کربنیک انیدراز، خون ریه ها از دی اکسید کربن به طور موازی تصفیه می شود که در گلبول های قرمز به صورت اسید کربنیک دی بازیک ضعیف و کربامینو هموگلوبین و در خون - دی اکسید کربن و آب ارائه می شود.
با کاهش مقدار اسید کربنیک دی بازیک ضعیف در گلبول های قرمز، از خون به گلبول های قرمز نفوذ می کند و خون از دی اکسید کربن پاک می شود. بنابراین، یک اسید کربنیک دی بازیک ضعیف به طور مداوم از سلول ها به داخل خون عبور می کند و آنیون های کلرید غیرفعال برای حفظ خنثی بودن، از خون وارد گلبول های قرمز می شوند. در نتیجه گلبول های قرمز نسبت به پلاسما اسیدی تر هستند. همه سیستم‌های بافر با نسبت گیرنده پروتون (4:20) توجیه می‌شوند، که با ویژگی‌های متابولیسم بدن انسان مرتبط است، که تعداد بیشتری از محصولات اسیدی را نسبت به محصولات قلیایی تشکیل می‌دهد. شاخص ظرفیت بافر اسید در اینجا بسیار مهم است.
فرایندهای تبادلی در بافتها
تعادل اسید و باز توسط بافرها و تغییرات متابولیکی در بافت های بدن حفظ می شود. این توسط فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیکی و شیمیایی کمک می کند. آنها به از دست دادن خواص اسید-باز محصولات متابولیک، اتصال آنها، تشکیل ترکیبات جدیدی که به سرعت از بدن دفع می شوند، کمک می کنند. به عنوان مثال، مقدار زیادی اسید لاکتیک به گلیکوژن دفع می شود، اسیدهای آلی توسط نمک های سدیم خنثی می شوند. قویاسیدها و قلیاها در لیپیدها حل می شوند و اسیدهای آلی اکسید می شوند و اسید کربنیک تشکیل می دهند.
بنابراین، سیستم بافر اولین دستیار در عادی سازی تعادل اسید و باز در بدن انسان است. ثبات pH برای عملکرد طبیعی مولکول ها و ساختارهای بیولوژیکی، اندام ها و بافت ها ضروری است. در شرایط عادی، فرآیندهای بافر تعادلی را بین ورود و حذف یون‌های هیدروژن و دی اکسید کربن حفظ می‌کنند که به حفظ سطح pH ثابت در خون کمک می‌کند.
اگر در کار سیستم های بافر نقصی وجود داشته باشد، فرد دچار آسیب شناسی هایی مانند آلکالوز یا اسیدوز می شود. تمام سیستم های بافر به هم متصل هستند و هدف آنها حفظ تعادل اسید-باز پایدار است. بدن انسان دائماً تعداد زیادی فرآورده اسیدی تولید می کند که معادل سی لیتر اسید قوی است.
تداوم واکنش ها در داخل بدن توسط بافرهای قدرتمندی فراهم می شود: فسفات، پروتئین، هموگلوبین و بی کربنات. سیستم های بافر دیگری نیز وجود دارد، اما اینها اصلی ترین و ضروری ترین سیستم ها برای یک موجود زنده هستند. بدون کمک آنها، فرد دچار آسیب شناسی های مختلفی می شود که می تواند منجر به کما یا مرگ شود.
