Буферные системы крови

1. Буферные системы

Общие понятия
Классификация буферных систем
Механизм действия буферных систем
Буферные системы крови
1

2. Значение постоянства рН в организме

• Изменение активной реакции среды крови
приводит к серьезным нарушениям
жизнедеятельности организма
Продукты
Уксус
Апельсиновый сок
Сок грейпфрута
Томатный сок
Яичный белок
HCI желудочного сока
рН
3,0
2,6 – 4,4
3,2
4,3
8,0
0,9 – 1,1
2

3. 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
3

4. 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
4

5.

• 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+
5

6. 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( = 1)
CH3COOH H+ + CH3COOКД(CH3COOH) =
= 1,8 10-5
[CH3COOH] = Cкислоты
[CH3COO-] = Cсоли
6

7.

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
7

8. Анализ уравнения Гендерсона-Гассельбаха

Анализ уравнения ГендерсонаГассельбаха
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
8

9. 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
9

10. Эффективность буферных систем

Исходное
значение
рН
рН при
добавлении 0,01
М раствора
соляной кислоты
рН при
добавлении 0,05
М раствора
соляной кислоты
Вода
7,00
2,02
1,30
Буферная
система
4,73
4,65
4,24
При добавлении больших количеств кислот и щелочей
меняется соотношение кислота/соль и меняется рН
буферной системы
10

11. Буферная емкость (В)

• Количество молей эквивалентов сильной
кислоты или основания, которое необходимо
добавить к 1 литру буферной смеси, чтобы
изменить рН на единицу
В = ------------------ = ----------(рН2 – рН1) VЛ рН VЛ
Буферная емкость рассчитывается и по кислоте
(Ва) и по основанию (Вв). Эти величины обычно
не одинаковы.
11

12. 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]
12

13. 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
13

14. 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
14

15. Буферные системы организма

Гидрокарбонатная
Белковая
Гемоглобиновая-оксигемоглобиновая
Фосфатная
Аминокислотная
15

16. 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%)
16

17. 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
17

18.

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
18

19. 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 + HCO319

20.

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
20

21. 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+
21

22.

• Белок-основание
R – CH – COO- + H+ R – CH – COO|
|
NH2
NH3+
• Белок-кислота
R – CH – COOH + OH- R – CH – COO- +
|
|
NH3+
NH3+
+ H2O
Аминокислоты
22

23. 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
23

24. 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
24

25. Связь с дыханием

HHb + O2 HHbO2
CO2: Кровь легкие
В легких
HHbO2 HHb + O2
CO2: Ткани кровь
В тканях
25

26. 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
26

27. Кислотно-основное равновесие

• Соотношение кислотных и
основных свойств крови
27

28. 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
28

29. 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
29

30. 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)
30

31. Виды нарушений К-О равновесия

Компенсированный ацидоз
Некомпенсированный ацидоз
Компенсированный алкалоз
Некомпенсированный алкалоз
31

32. Коррекция нарушений К-О равновесия

• Натрия гидрокарбонат (4,5% раствор, рН = 8,1;
100-200 мл) применяют при ацидозе
(сахарный диабет, инфекции, травмы), вводят
в/в. В тяжелых случаях – 100 мл 8,4% раствора
• Трисамин («трисбуфер») –
триоксиметиламинометан. Водный раствор
3,66% (изотонический) рН = 10,2 обладает
буферным действием, устраняет ацидоз;
вводят в/в
• Аскорбиновая кислота (5% раствор) применяют
при алкалозе, вводят в/в
32