Happo-emästasapainolla on v altava rooli ihmiskehon normaalissa toiminnassa. Kehossa kiertävä veri on sekoitus eläviä soluja, jotka ovat nestemäisessä elinympäristössä. Ensimmäinen turvaominaisuus, joka säätelee veren pH-tasoa, on puskurijärjestelmä. Tämä on fysiologinen mekanismi, joka varmistaa, että happo-emästasapainon parametrit säilyvät estämällä pH-pudotuksia. Mitä se on ja mitä lajikkeita sillä on, selvitämme alla.
Kuvaus
Puskurijärjestelmä on ainutlaatuinen mekanismi. Ihmiskehossa niitä on useita, ja ne kaikki koostuvat plasmasta ja verisoluista. Puskurit ovat emäksiä (proteiineja ja epäorgaanisia yhdisteitä), jotka sitovat tai luovuttavat H+:ta ja OH-:a tuhoten pH-muutoksen 30 sekunnissa. Puskurin kyky ylläpitää happo-emästasapainoa riippuu elementtien lukumäärästä, joista se koostuu.
Veripuskurityypit
Jatkuvasti liikkuva veri on eläviä soluja,jotka ovat nestemäisessä väliaineessa. Normaali pH on 7, 37-7, 44. Ionien sitoutuminen tapahtuu tietyllä puskurilla, puskurijärjestelmien luokitus on annettu alla. Se itse koostuu plasmasta ja verisoluista ja voi olla fosfaattia, proteiinia, bikarbonaattia tai hemoglobiinia. Kaikilla näillä järjestelmillä on melko yksinkertainen toimintamekanismi. Niiden toiminta tähtää veren ionipitoisuuden säätelyyn.
Hemoglobiinipuskurin ominaisuudet
Hemoglobiinipuskurijärjestelmä on kaikista tehokkain, se on alkali kudosten kapillaareissa ja happo sellaisessa sisäelimessä kuin keuhkoissa. Sen osuus puskurin kokonaiskapasiteetista on noin seitsemänkymmentäviisi prosenttia. Tämä mekanismi osallistuu moniin ihmisen veressä tapahtuviin prosesseihin, ja sen koostumuksessa on globiinia. Kun hemoglobiinipuskuri muuttuu toiseen muotoon (oksihemoglobiini), tämä muoto muuttuu ja myös vaikuttavan aineen happamat ominaisuudet muuttuvat.
Pennetyn hemoglobiinin laatu on alhaisempi kuin hiilihapon, mutta paranee paljon, kun se hapetetaan. Kun pH:n happamuus saavutetaan, hemoglobiini yhdistää vetyioneja, käy ilmi, että se on jo vähentynyt. Kun hiilidioksidi poistuu keuhkoista, pH muuttuu emäksiseksi. Tällä hetkellä hapetettu hemoglobiini toimii protonin luovuttajana, jonka avulla happo-emästasapainoa tasapainotetaan. Joten puskuri, joka koostuu oksihemoglobiinista ja sen kaliumsuolasta, edistää hiilidioksidin vapautumista kehosta.
Tämä puskurijärjestelmä toimiitärkeä rooli hengitysprosessissa, koska se suorittaa kuljetustoiminnon siirtämällä happea kudoksiin ja sisäelimiin ja poistaen niistä hiilidioksidia. Punasolujen sisällä oleva happo-emästasapaino pysyy vakiona, joten myös veressä.
Siten, kun veri on kyllästetty hapella, hemoglobiini muuttuu vahvaksi hapoksi, ja kun se luovuttaa happea, se muuttuu melko heikoksi orgaaniseksi hapoksi. Oksihemoglobiinin ja hemoglobiinin järjestelmät ovat keskenään muuntuvia, ne ovat olemassa yhtenä.
Bikarbonaattipuskurin ominaisuudet
Bikarbonaattipuskurijärjestelmä on myös tehokas, mutta myös kehon hallitsevin. Sen osuus kokonaispuskurikapasiteetista on noin kymmenen prosenttia. Sillä on monipuoliset ominaisuudet, jotka varmistavat sen kaksisuuntaisen tehokkuuden. Tämä puskuri sisältää konjugoidun happo-emäs-parin, joka koostuu molekyyleistä, kuten hiilihaposta (protonilähde) ja anionivetykarbonaatista (protonin vastaanottaja).
Siten bikarbonaattipuskurijärjestelmä edistää systemaattista prosessia, jossa voimakas happo pääsee verenkiertoon. Tämä mekanismi sitoo hapon bikarbonaattianioneihin, jolloin muodostuu hiilihappoa ja sen suolaa. Kun alkali joutuu vereen, puskuri sitoutuu hiilihappoon muodostaen bikarbonaattisuolan. Koska ihmisen veressä on enemmän natriumbikarbonaattia kuin hiilihappoa, tämän puskurikapasiteetin happamuus on korkea. Toisin sanoen hiilivetypuskurijärjestelmä (bikarbonaatti) on erittäin hyvä kompensoimaan aineita, jotka lisäävät veren happamuutta. Näitä ovat maitohappo, jonka pitoisuus kasvaa intensiivisessä fyysisessä rasituksessa, ja tämä puskuri reagoi hyvin nopeasti veren happo-emästasapainon muutoksiin.
Fosfaattipuskurin ominaisuudet
Ihmisen fosfaattipuskurijärjestelmä vie lähes kaksi prosenttia kokonaispuskurikapasiteetista, mikä liittyy veren fosfaattipitoisuuteen. Tämä mekanismi ylläpitää virtsan ja solujen sisällä olevan nesteen pH:ta. Puskuri koostuu epäorgaanisista fosfaateista: yksiemäksinen (toimii happona) ja kaksiemäksinen (toimii alkalina). Normaalissa pH:ssa hapon suhde emäkseen on 1:4. Vetyionien määrän kasvaessa fosfaattipuskurijärjestelmä sitoutuu niihin muodostaen hapon. Tämä mekanismi on enemmän hapan kuin emäksinen, joten se neutraloi täydellisesti happamat aineenvaihduntatuotteet, kuten maitohapon, jotka pääsevät ihmisen verenkiertoon.
Proteiinipuskurin ominaisuudet
Proteiinipuskurilla ei ole niin erityistä roolia happo-emästasapainon stabiloinnissa muihin järjestelmiin verrattuna. Sen osuus puskurikapasiteetista on noin seitsemän prosenttia. Proteiinit koostuvat molekyyleistä, jotka yhdistyvät muodostaen happo-emäsyhdisteitä. Happamassa ympäristössä ne toimivat emäksinä, jotka sitovat happoja, emäksisessä ympäristössä kaikki tapahtuu toisin päin.
Tämä johtaa proteiinipuskurijärjestelmän muodostumiseen, jokase on varsin tehokas pH-arvolla 7,2 - 7,4. Suuri osa proteiineista on albumiinit ja globuliinit. Koska proteiinivaraus on nolla, normaali pH:ssa se on alkalin ja suolan muodossa. Tämä puskurikapasiteetti riippuu proteiinien lukumäärästä, niiden rakenteesta ja vapaista protoneista. Tämä puskuri voi neutraloida sekä happamia että emäksisiä tuotteita. Mutta sen kapasiteetti on enemmän hapan kuin emäksinen.
Perytrosyyttien ominaisuudet
Normaalisti punasolujen pH on vakio - 7, 25. Hiilikarbonaatti- ja fosfaattipuskurit vaikuttavat tähän. Mutta voimansa suhteen ne eroavat veressä olevista. Punasoluissa proteiinipuskurilla on erityinen rooli elinten ja kudosten hapen toimittamisessa sekä hiilidioksidin poistamisessa niistä. Lisäksi se ylläpitää vakio pH-arvoa punasolujen sisällä. Punasoluissa oleva proteiinipuskuri liittyy läheisesti bikarbonaattijärjestelmään, koska hapon ja suolan suhde on tässä pienempi kuin veressä.
Puskurijärjestelmäesimerkki
Vahvojen happojen ja emästen liuoksilla, joilla on heikko reaktio, on vaihteleva pH. Mutta etikkahapon ja sen suolan seos säilyttää vakaan arvon. Vaikka lisäisit niihin happoa tai alkalia, happo-emästasapaino ei muutu. Esimerkkinä voidaan harkita asetaattipuskuria, joka koostuu haposta CH3COOH ja sen suolasta CH3COO. Jos lisäät vahvaa happoa, suolan emäs sitoo H + -ionit ja muuttuu etikkahapoksi. Suolaanionien vähentäminentasapainottaa happomolekyylien lisääntyminen. Tämän seurauksena hapon suhde suolaan ei muutu juurikaan, joten pH muuttuu melko huomaamattomasti.
Puskurijärjestelmien toimintamekanismi
Kun happamia tai emäksisiä tuotteita pääsee verenkiertoon, puskuri säilyttää vakio pH-arvon, kunnes sisään tulevat tuotteet poistuvat tai käytetään aineenvaihduntaprosesseissa. Ihmisveressä on neljä puskuria, joista jokainen koostuu kahdesta osasta: haposta ja sen suolasta sekä vahvasta alkalista.
Puskurin vaikutus johtuu siitä, että se sitoo ja neutraloi sitä vastaavan koostumuksen mukana tulevat ionit. Koska luonnossa elimistö kohtaa eniten alihapettuneita aineenvaihduntatuotteita, puskurin ominaisuudet ovat enemmän happamia kuin emäksisiä.
Jokaisella puskurijärjestelmällä on oma toimintaperiaate. Kun pH-taso laskee alle 7,0, niiden voimakas toiminta alkaa. Ne alkavat sitoa ylimääräisiä vapaita vetyioneja muodostaen komplekseja, jotka siirtävät happea. Se puolestaan siirtyy ruoansulatusjärjestelmään, keuhkoihin, ihoon, munuaisiin ja niin edelleen. Tällainen happamien ja emäksisten tuotteiden kuljetus edistää niiden purkamista ja erittymistä.
Ihmiskehossa vain neljällä puskurijärjestelmällä on tärkeä rooli happo-emästasapainon ylläpitämisessä, mutta on muita puskureita, kuten asetaattipuskurijärjestelmä, jossa on heikko happo (luovuttaja) ja sen suola (tunnustaja). Näiden mekanismien kykyvastustaa pH:n muutoksia, kun happoa tai suolaa pääsee vereen, on rajoitettu. Ne ylläpitävät happo-emästasapainoa vain, kun vahvaa happoa tai alkalia syötetään tietty määrä. Jos se ylittyy, pH muuttuu dramaattisesti, puskurijärjestelmä lakkaa toimimasta.
Puskureiden tehokkuus
Veren ja punasolujen puskureiden tehokkuus on erilainen. Jälkimmäisessä se on korkeampi, koska täällä on hemoglobiinipuskuri. Ionien lukumäärän väheneminen tapahtuu suunnassa solusta solujen väliseen ympäristöön ja sitten vereen. Tämä viittaa siihen, että verellä on suurin puskurikapasiteetti, kun taas solunsisäisellä ympäristöllä on pienin puskurikapasiteetti.
Kun solut metaboloituvat, ilmaantuu happoja, jotka kulkeutuvat interstitiaaliseen nesteeseen. Tämä tapahtuu mitä helpommin, sitä enemmän niitä esiintyy soluissa, koska vetyionien ylimäärä lisää solukalvon läpäisevyyttä. Tiedämme jo puskurijärjestelmien luokituksen. Punasoluissa niillä on tehokkaampia ominaisuuksia, koska tässä on edelleen roolinsa kollageenikuiduilla, jotka reagoivat turpoamalla hapon kertymiseen, ne imevät sitä ja vapauttavat punasoluja vetyioneista. Tämä kyky johtuu sen absorptio-ominaisuudesta.
Puskurien vuorovaikutus rungossa
Kaikki kehossa olevat mekanismit ovat yhteydessä toisiinsa. Veripuskurit koostuvat useista systeemeistä, joiden panos happo-emästasapainon ylläpitämiseen on erilainen. Kun veri tulee keuhkoihin, se saa happea.sitoutumalla hemoglobiiniin punasoluissa muodostaen oksihemoglobiinia (happoa), joka ylläpitää pH-tasoa. Hiilihappoanhydraasin avulla keuhkojen veri puhdistetaan rinnakkain hiilidioksidista, joka erytrosyyteissä esiintyy heikon kaksiemäksisenä hiilihapon ja karbaminohemoglobiinin muodossa ja veressä hiilidioksidin ja veden muodossa.
Kun heikon kaksiemäksisen hiilihapon määrä vähenee punasoluissa, se tunkeutuu verestä erytrosyyttiin ja veri puhdistuu hiilidioksidista. Siten heikko kaksiemäksinen hiilihappo siirtyy jatkuvasti soluista vereen ja inaktiiviset kloridianionit pääsevät verestä punasoluihin ylläpitämään neutraalisuutta. Tämän seurauksena punasolut ovat happamampia kuin plasma. Kaikki puskurijärjestelmät ovat perusteltuja protonin luovuttaja-akseptorisuhteella (4:20), joka liittyy ihmiskehon aineenvaihdunnan erityispiirteisiin, joka muodostaa enemmän happamia tuotteita kuin emäksisiä. Happopuskurikapasiteetin indikaattori on tässä erittäin tärkeä.
Vaihtoprosessit kudoksissa
Happo-emästasapainoa ylläpitävät puskurit ja aineenvaihduntamuutokset kehon kudoksissa. Tätä auttavat biokemialliset ja fysikaalis-kemialliset prosessit. Ne myötävaikuttavat aineenvaihduntatuotteiden happo-emäsominaisuuksien menettämiseen, niiden sitoutumiseen, uusien yhdisteiden muodostumiseen, jotka erittyvät nopeasti kehosta. Esimerkiksi suuri määrä maitohappoa erittyy glykogeeniin, orgaaniset hapot neutraloituvat natriumsuoloilla. Vahvahapot ja emäkset liukenevat lipideihin ja orgaaniset hapot hapettavat muodostaen hiilihappoa.
Puskurijärjestelmä on siis ensimmäinen avustaja ihmiskehon happo-emästasapainon normalisoinnissa. pH-stabiilius on välttämätön biologisten molekyylien ja rakenteiden, elinten ja kudosten normaalille toiminnalle. Normaaliolosuhteissa puskuriprosessit ylläpitävät tasapainoa vety- ja hiilidioksidi-ionien lisäämisen ja poistamisen välillä, mikä auttaa ylläpitämään pH-tasoa veressä.
Jos puskurijärjestelmien toiminnassa ilmenee vika, henkilölle kehittyy sairauksia, kuten alkaloosi tai asidoosi. Kaikki puskurijärjestelmät ovat yhteydessä toisiinsa ja pyrkivät ylläpitämään vakaata happo-emästasapainoa. Ihmiskeho tuottaa jatkuvasti suuren määrän happamia tuotteita, mikä vastaa kolmeakymmentä litraa vahvaa happoa.
Reaktioiden jatkuvuuden kehossa takaavat tehokkaat puskurit: fosfaatti, proteiini, hemoglobiini ja bikarbonaatti. On olemassa muita puskurijärjestelmiä, mutta nämä ovat tärkeimpiä ja välttämättömimpiä elävälle organismille. Ilman heidän apuaan ihmiselle kehittyy erilaisia sairauksia, jotka voivat johtaa koomaan tai kuolemaan.
