Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.2 (947489), страница 121
Текст из файла (страница 121)
22.11. Зависимость степени диссоцивции слабой кислоты ат рН. рК' — отрицательный логаРиФм константы равновесия К', )Зпя получения подобных буферных кривых к раствору последовательно добавляют кратные количества Н' ипи ОН и измеряют ОН после каждой добавки шинство индикаторов прелстввляет собой очень слабые кислоты или основания„днссоциируюшие при определении!х значениях РН и изменяющие при этом свой цвет. Для более точного и непрерывного измерения РН широко применяется эдектрометричеагая Регистрация (прибор РН-метр) с помощью гтеклягн<ого электрода. Такой электрод обычно имеет шарообразно расширенный конец из специального стекла, пропускающего ионы Н+. Внугри электрод заполнен буферным раствором.
При погружении электрода в Раствор по лве стороны стеклянной мембраны создается разность потенциалов, величина которой в ос отвстствии с уравнением Нернста (с. 13) зависит от РН исслелуемого раствора. Эта разность потенциалов фиксируется с помощью неполяризуюшегося электрода. В настоящее время в РН-метрах используют проспав в обращении датчики. в которых измерятсльный электрод и электрод сравнения звхлючены в единую оболочку.
После усиления электрический сигнал подается на шкалу или электронное табло. Перед началом измерения прибор должен быть атквлиброввн при помощи гтандарнтых буферных раствора«. Постоянство рН артериалыюй крови. рн артериальной крови человека (при З7 "С) колеблется в пределах ат ?,У? до 7,43, составляя и среднем 7,40.
Необходимо уточнить, что эти значения характерны для плазмы крови (стеклянный электрод, погруженный в кровь, соприкасается именно с плазмой). В эритроците величину рН измерить трудно. Как было установлено, внутри эритроцита она составляет примерно 7,2-7,3, т. е. отличаегся от рН плазмы. Как правило, термин «рН крови» относится к рН плазмы. Характерная для крови человеки слабощелочная реакция поддерживается в очень узких пределах, несмотря на постоянна изменяющееся поступление в кровь кислых продуктов метаболизма. Такое постоянство чрезвычайно важно для правильного протекания обменных процессов в клетках,так как деятельность всех ферментов, участвующих в метаболизма, зависит от рН.
Прн патологических сдвигах рН крови активность разных ферментов изменяется в разной степени, и в результате точное взаимодействие между реакциями обмена может нарупппъся. В регуляции кислотно-щелочного равновесия (т.е. в поддержании постоянства рН крови) участвует несколько механизмов. К ним относятся буферные свойства крови, гаэообмен и легких и выделительная функ!(мя почек. Бу!Рериые свойства крови Общее ноиатие о буферных системах.
Прежде всего необходимо вспомнить, что реакции лиссоциации слабой кислоты НА на ионы водорода Н и сопряженное основание А подчиняются закону действующих масс. Кинетику таких реакций описывает уравнение б!8 ЧАГТЬ Ц!. ДЫХАНИЕ где величины. приведенные в квадратных скобках,— молярные концентрации веществ, участвующих в реакции; К'-константа равновесия, или диссоциации (знак ' означает. что данная величина вычислена с учетом особых параметров раствора, например ионной силы). Если содержание ионов Н' повышается, то для сохранения равновесия в соответствии с законом действующих масс должна увеличиваться и концентрация неднссоциированной кислоты.
Это означает, что степень диссоциации кислоты несколько уменьшается, и происходит связывание свободных ионов Н', добавленных в распюр. В результате рН изменяется меньше, чем следовало бы ожидать, исходя из количества добавленных ионов Н'.
Столь же незначительные сдвиги рН происходят и при снижении [Нь ). Нивелировка влияния добавленных в раствор нонов Н' нви ОН наэываетсн оуферныгв эффектам. Для количественной оценки буферного эффекта можно прологарифмировать уравнение (13) и взять отрицательные логарифмы всех величин: — 1й[н") = -1йК' — !й —.
(14) [НА) [А' ) рн = рК'+ 1 —. [А 3 [НА|' (15) а рН=рК +(й — —, 1 — а (16) [А ) [НА) + [А") Величина а, называемая сп!епеныо днссоцнации, равна отношению концентрации сопряженного основания [А ) к сумме концентраций кислоты и основания ([НА) + [А )). Кривая, представленная на рис. 22.11.
отражает зависимость между степенью диссоциации а и рН буферного раствора. Из этой кривой видно, что степень диссоциация может изменяться лишь в ограниченных пределах рН, равных рК'+2. Буферные свойства раствора проявляются лишь в этих пределах рН. Показателем способности системы, состоящей из слабой кислоты и сопряженного основания, создавать буферный эффект служит буферная емиосп— величина, равная соотношению между количеством ионов Н' или ОН, добавленных в расгвор, и изменением рН. Буферная емкость наиболее высока в области крутого наклона буферной кривой и мак- Подобное уравнение для буферных систем, выведенное из закона действующих масс. называется уравнением Геидерсоиа-.Гассельбальха. Величина рК; так же как и К;-константа, характеризуюшая свойства системы (рК' = — 1йк').
Уравнение (15) можно представить в следуюшем виде: снмальна при рН = РК' (рнс. 20.11). Таким образом, буферная емкость раствора зависит от его концентрации и оэп разницы между РН и рК' этого рог»мора. Бвкарбонатиый буфер. Из имеющихся в крови буферных систем рассмотрим прежде всего бикарбонатную систему. Она включает относительно слабую угольную кислоту. образующуюся при гндратации СОг, и бикарбонат в качестве сопряженного основания: СО, + НгО сь Н,СОэ гь Н' + НСОз . (17) Уравнение Гендерсона — Гассельбальха для суммарной реакции имеет следующий вщс [НСОз ) рН = рК'+ )я [СО,) Величину [СОг) можно заменить величиной напряжения СОг (Рсо,)".
рН=рК +1й [НСО;) 0,03 Рс (191 Размерность коэффициента 0,03 — это ммоль х л ' х х ммрт.ст. ', поэтому его можно использовать лишь тогда, когда [НСО, ) выражена в единицах ммоль/л, а Рсо — в мм рт.ст. 2 При ионной силе плазмы рК' составляет 6,1. Казалось бы. при таком различии между рК" и рН крови (7,4) емкость бикарбонатного буфера должна быть невелика. Однако на самом деле бикарбонатная система играет большую роль в создании об!цей буферной емкости крови, так как буферный эффект этой системы существенно увеличивается благодаря ее тесной связи с дыханием. Механизмы, направленные на поддержание напряжения СОз в артериальной крови (40 ммрт. ст.), способствуют созданию высокой концентрации НСО, в плазме (24 ммоль|л).
Иными словами, регулируя напряжение СО, в крови, дыхательная система обеспечивает высокое содержание компонентов буферной системы. Кроме того, органы дыхания вместе с бикарбонатным буфером образуют «открытую систему», в которой напряжение СО, (а следовательно, и рН крови) может регулироваться путем изменения вентиляции легких. Фосфатиый буфер. В фосфатной буферной системе, образованной неорганическими фосфатами крови, роль кислоты играет одноосновный фосфат НэРО», а роль сопряженного основания-двухосновный фосфат НРО»з . Величина рК' фосфатного буфера (6,8) сравнительно близка к рН крови, однако емкость данного буфера невелика по причине низкого содержания фосфата в крови.
Белковый буфер. Буферные свойства белков кро- ГЛАВА 22. ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВИ 619 ви обусловлены способностью аминокисло~ ионизироваться. Концевые карбокси- и аминогруппы белковых цепей играю~ в этом отношении незначительную роль, так как таких групп мало и их РК' существенно о~личаются от рН крови. Значительно бальшии вклад в создание буферной елгкагти белковой системы вносят Гюкаеые группы, способные иаиизираеатьгя, и осаоекна шиидазальиае кольцо гигишдииа. К буферным белкам относятся как белки плазмы (в частности, альбумин). так и содержащийся в эритроцитах гемеглобнн. На долю послелнего приходится большая часть буферной емкости белковой системы, что связано как со значительной концентрацией гемоглобина.
так и с о~носительно высоким содержанием в нем гистидина. Особенно наглядно роль гемоглобина э соитаиии буферной емкости крови можно показать. сели сравнить сдвиги РН в плазме и цельной крови, вызываемые одинаковыми изменениями напряжения СОэ. Результаэы такого сравнения удобно представить в виде графика завигимлоли рНот [НСО, Э, на который нанесены кривые лля постоянного напряжения СО„рассчитаниыс в соответствии с уравнением Гснлерсова Гассеэьбаэьха [уравнение (19)).
Измерив прн разных значениях илпряжсиня СО, РН и содержание НСО, в гшазме н в меяьной лревн. гэе происходит обмен ионов межлу плазмой и эриэроии ими, строя~ так называемые равллллглыг лривлм СОэ лля июлнрованняй плазмы н пельше крови (рис. 22.!2). Чем кручс наклон кривой лэя цельной крови, тем болыннй вклад вносиэ в буферную емкость крови гемоглобин, и чем больше угол наклона кривой буферной емкости. теы меньше изменения рН при лаином увеличении нли уменьшении напряжения СО..
40 (нсо, 1, ммолыл 24 16 8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,6 РН Рис. 22.12. Равновесные кривые СО, для изолированной спазмы и цельной крови. По оси ординат .содержание в плазме бикарбоната, по оси абсцисс . рН Приведены также кривые для постоянно~ о напряжения СО,. Поскольку в цельной крови между плазмой и эритроцитами происходит обмен ионами, буферная емкость плазмы добавляется к буферной емкости гемоглобина и наклон соответствующей равновесной кривой становится круче Р1, милль НЬ, ммоль и„, лн; Рис.
22,13, Буферные кривые для недиффундирующих буферных систем эритроцита на основе гемоглобина (при незначительном участии АТР н 2,2-ДФГ) (по [19) с изменениями). По оси ординат — отношение содержания недиффундирующих буферных аиионов Р; к содержанию гемоглобина; по оси абсцисс-РН внутри элитроцнта. Им„л и Ил„ изоэлектрические точки.
Благодаря тому что буферная кривая для НЬ смещена вправо относительно буферной кривой для НЬО,, при полной деэокснгенацнн гемоглобина 1 ммопь НЬ может дополнительно связывать 0,46 ммоль Н без изменения рН внутри эрнтроцита Гемоглобин играет также важную роль в буферной емкости крови благодаря изменению его кислотных свойств при оксигенации и дезоксигенации. Эта зависимость выражена на рис. 22.13, глл приведены буферные кривые (кривые титрования) для нсдиффундируюшнх буферных систем зритропита на основе гемоглобина в оксигенированном н дезоксигенированном состояниях. Видно, что в физиологическом диапазоне рН акгигемаг юбии является более сиэьнай кисиотай, чем дезокгигемаглабии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
