მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი უზარმაზარ როლს თამაშობს ადამიანის ორგანიზმის ნორმალურ ფუნქციონირებაში. სხეულში მოცირკულირე სისხლი არის ცოცხალი უჯრედების ნაზავი, რომლებიც თხევად ჰაბიტატშია. პირველი უსაფრთხოების ფუნქცია, რომელიც აკონტროლებს სისხლში pH-ის დონეს, არის ბუფერული სისტემა. ეს არის ფიზიოლოგიური მექანიზმი, რომელიც უზრუნველყოფს მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის პარამეტრების შენარჩუნებას pH-ის ვარდნის თავიდან ასაცილებლად. რა არის და რა ჯიშები აქვს, ქვემოთ გავიგებთ.
აღწერა
ბუფერული სისტემა უნიკალური მექანიზმია. ადამიანის სხეულში რამდენიმე მათგანია და ყველა შედგება პლაზმისა და სისხლის უჯრედებისგან. ბუფერები არის ფუძეები (ცილები და არაორგანული ნაერთები), რომლებიც აკავშირებენ ან აბარებენ H+ და OH-, ანადგურებენ pH-ის ცვლილებას ოცდაათი წამის განმავლობაში. ბუფერის უნარი შეინარჩუნოს მჟავა-ტუტოვანი წონასწორობა დამოკიდებულია იმ ელემენტების რაოდენობაზე, რომელთაგანაც იგი შედგება.
სისხლის ბუფერების ტიპები
სისხლი, რომელიც მუდმივად მოძრაობს, არის ცოცხალი უჯრედები,რომლებიც არსებობს თხევად გარემოში. ნორმალური pH არის 7, 37-7, 44. იონების შებოჭვა ხდება გარკვეული ბუფერით, ბუფერული სისტემების კლასიფიკაცია მოცემულია ქვემოთ. ის თავისთავად შედგება პლაზმისა და სისხლის უჯრედებისგან და შეიძლება იყოს ფოსფატი, ცილა, ბიკარბონატი ან ჰემოგლობინი. ყველა ამ სისტემას აქვს მოქმედების საკმაოდ მარტივი მექანიზმი. მათი აქტივობა მიზნად ისახავს სისხლში იონების დონის რეგულირებას.
ჰემოგლობინის ბუფერის მახასიათებლები
ჰემოგლობინის ბუფერული სისტემა ყველაზე ძლიერია, ის არის ტუტე ქსოვილების კაპილარებში და მჟავა ისეთ შინაგან ორგანოში, როგორიცაა ფილტვები. იგი შეადგენს მთლიანი ბუფერული სიმძლავრის დაახლოებით სამოცდათხუთმეტ პროცენტს. ეს მექანიზმი ჩართულია ბევრ პროცესში, რომელიც ხდება ადამიანის სისხლში და შეიცავს გლობინს მის შემადგენლობაში. როდესაც ჰემოგლობინის ბუფერი იცვლება სხვა ფორმაში (ოქსიჰემოგლობინი), ეს ფორმა იცვლება და აქტიური ნივთიერების მჟავე თვისებებიც იცვლება.
შემცირებული ჰემოგლობინის ხარისხი ნახშირბადის მჟავაზე ნაკლებია, მაგრამ ბევრად უკეთესი ხდება, როდესაც ის იჟანგება. pH-ის მჟავიანობის მიღებისას ჰემოგლობინი აერთიანებს წყალბადის იონებს, გამოდის, რომ ის უკვე შემცირებულია. როდესაც ნახშირორჟანგი გამოიყოფა ფილტვებიდან, pH ხდება ტუტე. ამ დროს პროტონული დონორის როლს ასრულებს დაჟანგული ჰემოგლობინი, რომლის დახმარებით ხდება მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი დაბალანსება. ამრიგად, ბუფერი, რომელიც შედგება ოქსიჰემოგლობინისა და მისი კალიუმის მარილისგან, ხელს უწყობს ორგანიზმიდან ნახშირორჟანგის გამოყოფას.
ეს ბუფერული სისტემა მუშაობსმნიშვნელოვან როლს ასრულებს სუნთქვის პროცესში, რადგან ის ასრულებს ქსოვილებსა და შინაგან ორგანოებში ჟანგბადის გადაცემის სატრანსპორტო ფუნქციას და მათგან ნახშირორჟანგის მოცილებას. ერითროციტების შიგნით მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი შენარჩუნებულია მუდმივ დონეზე, შესაბამისად, სისხლშიც.
ამგვარად, როდესაც სისხლი ჟანგბადით არის გაჯერებული, ჰემოგლობინი გადაიქცევა ძლიერ მჟავად, ხოლო როცა ჟანგბადს თმობს, საკმაოდ სუსტ ორგანულ მჟავად იქცევა. ოქსიჰემოგლობინისა და ჰემოგლობინის სისტემები ურთიერთკონვერტირებადია, ისინი არსებობენ როგორც ერთი.
ბიკარბონატის ბუფერის მახასიათებლები
ბიკარბონატის ბუფერული სისტემა ასევე ძლიერია, მაგრამ ასევე ყველაზე კონტროლირებადი ორგანიზმში. ის მთლიანი ბუფერული სიმძლავრის დაახლოებით ათ პროცენტს შეადგენს. მას აქვს მრავალმხრივი თვისებები, რაც უზრუნველყოფს მის ორმხრივ ეფექტურობას. ეს ბუფერი შეიცავს კონიუგირებულ მჟავა-ფუძის წყვილს, რომელიც შედგება ისეთი მოლეკულებისგან, როგორიცაა ნახშირმჟავა (პროტონის წყარო) და ანიონის ბიკარბონატი (პროტონის მიმღები).
ამგვარად, ბიკარბონატის ბუფერული სისტემა ხელს უწყობს სისტემურ პროცესს, სადაც ძლიერი მჟავა შედის სისხლში. ეს მექანიზმი აკავშირებს მჟავას ბიკარბონატულ ანიონებთან, წარმოქმნის ნახშირმჟავას და მის მარილს. როდესაც ტუტე სისხლში შედის, ბუფერი უერთდება ნახშირმჟავას, წარმოქმნის ბიკარბონატ მარილს. ვინაიდან ადამიანის სისხლში ნატრიუმის ბიკარბონატი უფრო მეტია, ვიდრე ნახშირმჟავა, ამ ბუფერულ ტევადობას ექნება მაღალი მჟავიანობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნახშირწყალბადის ბუფერისისტემა (ბიკარბონატი) ძალიან კარგად ანაზღაურებს ნივთიერებებს, რომლებიც ზრდის სისხლის მჟავიანობას. მათ შორისაა რძემჟავა, რომლის კონცენტრაცია იზრდება ინტენსიური ფიზიკური დატვირთვისას და ეს ბუფერი ძალიან სწრაფად რეაგირებს სისხლში მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის ცვლილებებზე.
ფოსფატის ბუფერის მახასიათებლები
ადამიანის ფოსფატის ბუფერული სისტემა იკავებს მთლიანი ბუფერული სიმძლავრის დაახლოებით ორ პროცენტს, რაც დაკავშირებულია სისხლში ფოსფატების შემცველობასთან. ეს მექანიზმი ინარჩუნებს pH-ს შარდში და სითხეში, რომელიც უჯრედებშია. ბუფერი შედგება არაორგანული ფოსფატებისაგან: მონობაზური (მოქმედებს როგორც მჟავა) და ორბაზური (მოქმედებს როგორც ტუტე). ნორმალური pH-ის დროს მჟავისა და ფუძის თანაფარდობა არის 1:4. წყალბადის იონების რაოდენობის მატებასთან ერთად, ფოსფატის ბუფერული სისტემა აკავშირებს მათ და წარმოქმნის მჟავას. ეს მექანიზმი უფრო მჟავეა, ვიდრე ტუტე, ამიტომ ის შესანიშნავად ანეიტრალებს მჟავე მეტაბოლიტებს, როგორიცაა რძემჟავა, რომლებიც შედიან ადამიანის სისხლში.
პროტეინის ბუფერის თვისებები
პროტეინის ბუფერი არ თამაშობს ასეთ განსაკუთრებულ როლს მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის სტაბილიზაციაში, სხვა სისტემებთან შედარებით. ის მთლიანი ბუფერული სიმძლავრის დაახლოებით შვიდ პროცენტს შეადგენს. ცილები შედგება მოლეკულებისგან, რომლებიც გაერთიანებულია მჟავა-ტუტოვანი ნაერთების წარმოქმნით. მჟავე გარემოში ისინი მოქმედებენ როგორც ტუტეები, რომლებიც აკავშირებენ მჟავებს, ტუტე გარემოში ყველაფერი პირიქით ხდება.
ეს იწვევს ცილოვანი ბუფერული სისტემის ფორმირებას, რომელიცსაკმაოდ ეფექტურია 7.2-დან 7.4-მდე pH მნიშვნელობით.ცილების დიდი ნაწილი წარმოდგენილია ალბუმინებითა და გლობულინებით. ვინაიდან ცილის მუხტი ნულის ტოლია, ნორმალურ pH-ზე ის ტუტესა და მარილის სახითაა. ეს ბუფერული სიმძლავრე დამოკიდებულია ცილების რაოდენობაზე, მათ სტრუქტურასა და თავისუფალ პროტონებზე. ამ ბუფერს შეუძლია გაანეიტრალოს როგორც მჟავე, ასევე ტუტე პროდუქტები. მაგრამ მისი სიმძლავრე უფრო მჟავეა ვიდრე ტუტე.
ერითროციტების თავისებურებები
ჩვეულებრივ, ერითროციტებს აქვთ მუდმივი pH - 7, 25. აქ მოქმედებს ჰიდროკარბონატის და ფოსფატის ბუფერები. მაგრამ ძალაუფლების თვალსაზრისით ისინი განსხვავდებიან სისხლში. ერითროციტებში ცილოვანი ბუფერი განსაკუთრებულ როლს ასრულებს ორგანოებისა და ქსოვილების ჟანგბადით უზრუნველყოფაში, აგრეთვე მათგან ნახშირორჟანგის მოცილებაში. გარდა ამისა, ის ინარჩუნებს მუდმივ pH მნიშვნელობას ერითროციტების შიგნით. ერითროციტებში ცილოვანი ბუფერი მჭიდრო კავშირშია ბიკარბონატულ სისტემასთან, ვინაიდან მჟავისა და მარილის თანაფარდობა აქ უფრო ნაკლებია ვიდრე სისხლში.
ბუფერული სისტემის მაგალითი
ძლიერი მჟავებისა და ტუტეების ხსნარებს, რომლებსაც აქვთ სუსტი რეაქციები, აქვთ ცვალებადი pH. მაგრამ ძმარმჟავას ნარევი მის მარილთან ერთად ინარჩუნებს სტაბილურ მნიშვნელობას. მაშინაც კი, თუ მათ დაუმატებთ მჟავას ან ტუტეს, მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი არ შეიცვლება. მაგალითად, განვიხილოთ აცეტატის ბუფერი, რომელიც შედგება მჟავა CH3COOH და მისი მარილი CH3COO. თუ დაამატებთ ძლიერ მჟავას, მაშინ მარილის ფუძე დააკავშირებს H + იონებს და გადაიქცევა ძმარმჟავად. მარილის ანიონის შემცირებადაბალანსებულია მჟავის მოლეკულების ზრდით. შედეგად, მცირე ცვლილებაა მჟავისა და მისი მარილის თანაფარდობაში, ამიტომ pH იცვლება საკმაოდ შეუმჩნევლად.
ბუფერული სისტემების მოქმედების მექანიზმი
როდესაც მჟავე ან ტუტე პროდუქტები შედის სისხლში, ბუფერი ინარჩუნებს მუდმივ pH მნიშვნელობას მანამ, სანამ შემომავალი პროდუქტები არ გამოიყოფა ან გამოიყენებს მეტაბოლურ პროცესებში. ადამიანის სისხლში ოთხი ბუფერია, რომელთაგან თითოეული შედგება ორი ნაწილისაგან: მჟავა და მისი მარილი, ასევე ძლიერი ტუტე.
ბუფერის ეფექტი განპირობებულია იმით, რომ იგი აკავშირებს და ანეიტრალებს იონებს, რომლებიც მოდიან მის შესაბამის შემადგენლობაში. იმის გამო, რომ ბუნებაში ორგანიზმი ყველაზე მეტად ხვდება მეტაბოლიზმის ნაკლებ დაჟანგულ პროდუქტებს, ბუფერის თვისებები უფრო მჟავის საწინააღმდეგოა, ვიდრე ტუტე.
თითოეულ ბუფერულ სისტემას აქვს მუშაობის საკუთარი პრინციპი. როდესაც pH დონე ეცემა 7.0-ზე დაბლა, იწყება მათი ენერგიული აქტივობა. ისინი იწყებენ ჭარბი თავისუფალი წყალბადის იონების შებოჭვას, ქმნიან კომპლექსებს, რომლებიც გადაადგილდებიან ჟანგბადს. ის, თავის მხრივ, გადადის საჭმლის მომნელებელ სისტემაში, ფილტვებში, კანში, თირკმელებში და ა.შ. მჟავე და ტუტე პროდუქტების ასეთი ტრანსპორტირება ხელს უწყობს მათ განტვირთვასა და გამოყოფას.
ადამიანის ორგანიზმში მხოლოდ ოთხი ბუფერული სისტემა თამაშობს მნიშვნელოვან როლს მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის შენარჩუნებაში, მაგრამ არსებობს სხვა ბუფერები, როგორიცაა აცეტატის ბუფერული სისტემა, რომელსაც აქვს სუსტი მჟავა (დონორი) და მისი მარილი (მიმღები). ამ მექანიზმების უნარიშეზღუდულია pH-ის ცვლილებების წინააღმდეგობა, როდესაც მჟავა ან მარილი შედის სისხლში. ისინი ინარჩუნებენ მჟავა-ტუტოვან ბალანსს მხოლოდ მაშინ, როდესაც ძლიერი მჟავა ან ტუტე მიეწოდება გარკვეული რაოდენობით. მისი გადაჭარბების შემთხვევაში, pH მკვეთრად შეიცვლება, ბუფერული სისტემა შეწყვეტს ფუნქციონირებას.
ბუფერების ეფექტურობა
სისხლისა და ერითროციტების ბუფერებს განსხვავებული ეფექტურობა აქვთ. ამ უკანასკნელში ის უფრო მაღალია, ვინაიდან აქ არის ჰემოგლობინის ბუფერი. იონების რაოდენობის შემცირება ხდება უჯრედიდან უჯრედშორისი გარემოსკენ, შემდეგ კი სისხლის მიმართულებით. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ სისხლს აქვს ყველაზე დიდი ბუფერული ტევადობა, ხოლო უჯრედშიდა გარემოს აქვს ყველაზე მცირე.
როდესაც უჯრედები მეტაბოლიზდება, ჩნდება მჟავები, რომლებიც გადადიან ინტერსტიციულ სითხეში. ეს ხდება უფრო ადვილია, რაც უფრო მეტი მათგანი გამოჩნდება უჯრედებში, რადგან წყალბადის იონების ჭარბი რაოდენობა ზრდის უჯრედის მემბრანის გამტარიანობას. ჩვენ უკვე ვიცით ბუფერული სისტემების კლასიფიკაცია. ერითროციტებში მათ უფრო ეფექტური თვისებები აქვთ, ვინაიდან კოლაგენის ბოჭკოები აქ მაინც თამაშობენ როლს, რომლებიც შეშუპებით რეაგირებენ მჟავას დაგროვებაზე, შთანთქავენ მას და ათავისუფლებენ ერითროციტებს წყალბადის იონებიდან. ეს უნარი განპირობებულია მისი შთანთქმის თვისებით.
ბუფერების ურთიერთქმედება სხეულში
სხეულში არსებული ყველა მექანიზმი ურთიერთდაკავშირებულია. სისხლის ბუფერები შედგება რამდენიმე სისტემისგან, რომელთა წვლილი მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის შენარჩუნებაში განსხვავებულია. როდესაც სისხლი ფილტვებში შედის, ის იღებს ჟანგბადს.სისხლის წითელ უჯრედებში ჰემოგლობინთან შეკავშირებით, ოქსიჰემოგლობინის (მჟავა) წარმოქმნით, რომელიც ინარჩუნებს pH დონეს. კარბოანჰიდრაზას დახმარებით ხდება ფილტვების სისხლის პარალელურად გაწმენდა ნახშირორჟანგისაგან, რომელიც ერითროციტებში წარმოდგენილია სუსტი ორფუძიანი ნახშირმჟავას და კარბამინოჰემოგლობინის, ხოლო სისხლში ნახშირორჟანგისა და წყლის სახით.
ერითროციტებში სუსტი ორფუძიანი ნახშირმჟავას რაოდენობის შემცირებით, ის სისხლიდან აღწევს ერითროციტში და სისხლი იწმინდება ნახშირორჟანგისაგან. ამრიგად, სუსტი ორფუძიანი ნახშირბადის მჟავა მუდმივად გადადის უჯრედებიდან სისხლში და არააქტიური ქლორიდის ანიონები შედიან ერითროციტებში სისხლიდან ნეიტრალიტეტის შესანარჩუნებლად. შედეგად, სისხლის წითელი უჯრედები უფრო მჟავეა ვიდრე პლაზმა. ყველა ბუფერული სისტემა გამართლებულია პროტონის დონორი-მიმღების თანაფარდობით (4:20), რაც დაკავშირებულია ადამიანის ორგანიზმის მეტაბოლიზმის თავისებურებებთან, რომელიც ქმნის მჟავე პროდუქტების უფრო მეტ რაოდენობას, ვიდრე ტუტე. მჟავა ბუფერული შესაძლებლობების მაჩვენებელი აქ ძალიან მნიშვნელოვანია.
ქსოვილებში გაცვლის პროცესები
მჟავა-ტუტოვანი ბალანსი შენარჩუნებულია ბუფერებითა და მეტაბოლური გარდაქმნებით სხეულის ქსოვილებში. ამას ხელს უწყობს ბიოქიმიური და ფიზიკურ-ქიმიური პროცესები. ისინი ხელს უწყობენ მეტაბოლური პროდუქტების მჟავა-ტუტოვანი თვისებების დაკარგვას, მათ შებოჭვას, ახალი ნაერთების წარმოქმნას, რომლებიც სწრაფად გამოიყოფა ორგანიზმიდან. მაგალითად, დიდი რაოდენობით რძემჟავა გამოიყოფა გლიკოგენში, ორგანული მჟავები ნეიტრალიზდება ნატრიუმის მარილებით. ძლიერიმჟავები და ტუტეები იხსნება ლიპიდებში და ორგანული მჟავები იჟანგება ნახშირმჟავას წარმოქმნით.
ამგვარად, ბუფერული სისტემა პირველი დამხმარეა ადამიანის ორგანიზმში მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის ნორმალიზებაში. pH სტაბილურობა აუცილებელია ბიოლოგიური მოლეკულების და სტრუქტურების, ორგანოებისა და ქსოვილების ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. ნორმალურ პირობებში, ბუფერული პროცესები ინარჩუნებს ბალანსს წყალბადისა და ნახშირორჟანგის იონების შეყვანასა და მოცილებას შორის, რაც ხელს უწყობს სისხლში მუდმივი pH დონის შენარჩუნებას.
თუ არის ბუფერული სისტემების მუშაობაში ჩავარდნა, მაშინ ადამიანს უვითარდება ისეთი პათოლოგიები, როგორიცაა ალკალოზი ან აციდოზი. ყველა ბუფერული სისტემა ურთიერთდაკავშირებულია და მიზნად ისახავს სტაბილური მჟავა-ტუტოვანი ბალანსის შენარჩუნებას. ადამიანის ორგანიზმი მუდმივად გამოიმუშავებს დიდი რაოდენობით მჟავე პროდუქტებს, რაც უდრის ოცდაათი ლიტრი ძლიერი მჟავას.
სხეულის შიგნით რეაქციების მუდმივობას უზრუნველყოფს ძლიერი ბუფერები: ფოსფატი, ცილა, ჰემოგლობინი და ბიკარბონატი. არსებობს სხვა ბუფერული სისტემები, მაგრამ ეს არის მთავარი და ყველაზე აუცილებელი ცოცხალი ორგანიზმისთვის. მათი დახმარების გარეშე ადამიანს განუვითარდება სხვადასხვა პათოლოგია, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს კომა ან სიკვდილი.
