Cân bằng axit-bazơ đóng một vai trò rất lớn trong hoạt động bình thường của cơ thể con người. Máu lưu thông trong cơ thể là một hỗn hợp của các tế bào sống trong một môi trường sống lỏng. Tính năng bảo mật đầu tiên kiểm soát nồng độ pH trong máu là hệ thống đệm. Đây là một cơ chế sinh lý đảm bảo rằng các thông số của cân bằng axit-bazơ được duy trì bằng cách ngăn ngừa sự giảm pH. Nó là gì và nó có những giống gì, chúng ta sẽ tìm hiểu bên dưới.
Mô tả
Hệ thống đệm là một cơ chế duy nhất. Có một số trong số chúng trong cơ thể con người, và tất cả chúng đều bao gồm huyết tương và tế bào máu. Chất đệm là các bazơ (protein và các hợp chất vô cơ) liên kết hoặc hiến tặng H + và OH-, phá hủy sự thay đổi pH trong vòng ba mươi giây. Khả năng duy trì cân bằng axit-bazơ của chất đệm phụ thuộc vào số lượng nguyên tố mà nó được cấu tạo.
Các loại đệm máu
Máu không ngừng di chuyển là các tế bào sống,tồn tại trong môi trường lỏng. Độ pH bình thường là 7, 37-7, 44. Sự liên kết của các ion xảy ra với một bộ đệm nhất định, sự phân loại các hệ thống đệm được đưa ra dưới đây. Bản thân nó bao gồm huyết tương và tế bào máu và có thể là photphat, protein, bicarbonat hoặc hemoglobin. Tất cả các hệ thống này đều có cơ chế hoạt động khá đơn giản. Hoạt động của chúng nhằm mục đích điều chỉnh mức độ các ion trong máu.
Tính năng của đệm hemoglobin
Hệ thống đệm hemoglobin là mạnh mẽ nhất, nó là chất kiềm trong mao mạch của các mô và là axit trong cơ quan nội tạng như phổi. Nó chiếm khoảng bảy mươi lăm phần trăm tổng dung lượng bộ đệm. Cơ chế này liên quan đến nhiều quá trình xảy ra trong máu người, và có globin trong thành phần của nó. Khi đệm hemoglobin chuyển sang dạng khác (oxyhemoglobin), dạng này sẽ thay đổi và đặc tính axit của hoạt chất cũng thay đổi.
Chất lượng của hemoglobin bị giảm thấp hơn so với axit cacbonic, nhưng trở nên tốt hơn nhiều khi nó bị oxy hóa. Khi độ axit của pH được thu nhận, hemoglobin kết hợp các ion hydro, hóa ra nó đã bị giảm. Khi carbon dioxide được thải ra khỏi phổi, độ pH sẽ trở thành kiềm. Lúc này, hemoglobin, đã bị oxy hóa, hoạt động như một chất cho proton, với sự trợ giúp của cân bằng axit-bazơ được cân bằng. Vì vậy, bộ đệm, bao gồm oxyhemoglobin và muối kali của nó, thúc đẩy quá trình giải phóng carbon dioxide khỏi cơ thể.
Hệ thống đệm này thực hiệnmột vai trò quan trọng trong quá trình hô hấp, vì nó thực hiện chức năng vận chuyển chuyển oxy đến các mô và cơ quan nội tạng và loại bỏ khí cacbonic ra khỏi chúng. Do đó, sự cân bằng axit-bazơ bên trong hồng cầu được duy trì ở mức không đổi, do đó, trong máu cũng vậy.
Vì vậy, khi máu bão hòa với oxy, hemoglobin chuyển thành axit mạnh, và khi thiếu oxy, nó chuyển thành axit hữu cơ khá yếu. Hệ thống oxyhemoglobin và hemoglobin có thể chuyển đổi cho nhau, chúng tồn tại như một.
Tính năng của đệm bicarbonate
Hệ thống đệm bicarbonate cũng mạnh mẽ, nhưng cũng được kiểm soát nhiều nhất trong cơ thể. Nó chiếm khoảng mười phần trăm tổng dung lượng bộ đệm. Nó có các đặc tính linh hoạt đảm bảo hiệu quả hai chiều của nó. Bộ đệm này chứa một cặp axit-bazơ liên hợp, bao gồm các phân tử như axit cacbonic (nguồn proton) và anion bicacbonat (chất nhận proton).
Vì vậy, hệ thống đệm bicarbonate thúc đẩy một quá trình có hệ thống, nơi một axit mạnh đi vào máu. Cơ chế này liên kết axit với các anion bicacbonat, tạo thành axit cacbonic và muối của nó. Khi kiềm đi vào máu, chất đệm liên kết với axit cacbonic, tạo thành muối bicacbonat. Vì có nhiều natri bicacbonat trong máu người hơn axit cacbonic, dung lượng đệm này sẽ có độ axit cao. Nói cách khác, đệm hydrocacbonhệ thống (bicarbonate) rất tốt trong việc bù đắp các chất làm tăng độ axit của máu. Chúng bao gồm axit lactic, nồng độ của axit này tăng lên khi gắng sức với cường độ cao và chất đệm này phản ứng rất nhanh với những thay đổi trong cân bằng axit-bazơ trong máu.
Tính năng của đệm phosphate
Hệ thống đệm phốt phát của con người chiếm gần hai phần trăm tổng dung lượng đệm, có liên quan đến hàm lượng phốt phát trong máu. Cơ chế này duy trì độ pH trong nước tiểu và chất lỏng bên trong tế bào. Bộ đệm bao gồm các phốt phát vô cơ: monobasic (hoạt động như một axit) và dibasic (hoạt động như một chất kiềm). Ở pH bình thường, tỷ lệ axit và bazơ là 1: 4. Với sự gia tăng số lượng các ion hydro, hệ thống đệm photphat liên kết với chúng, tạo thành một axit. Cơ chế này có tính axit cao hơn kiềm, vì vậy nó trung hòa hoàn hảo các chất chuyển hóa có tính axit, chẳng hạn như axit lactic, xâm nhập vào máu người.
Tính năng của đệm protein
Đệm protein không đóng một vai trò đặc biệt như vậy trong việc ổn định cân bằng axit-bazơ so với các hệ thống khác. Nó chiếm khoảng bảy phần trăm tổng dung lượng bộ đệm. Protein được tạo thành từ các phân tử kết hợp với nhau để tạo thành các hợp chất axit-bazơ. Trong môi trường axit, chúng hoạt động như kiềm liên kết axit, trong môi trường kiềm, mọi thứ diễn ra theo chiều ngược lại.
Điều này dẫn đến sự hình thành của một hệ thống đệm protein,nó khá hiệu quả ở giá trị pH từ 7,2 đến 7,4. Một tỷ lệ lớn các protein được đại diện bởi albumin và globulin. Vì điện tích của protein bằng 0 nên ở pH bình thường, nó ở dạng kiềm và muối. Dung lượng đệm này phụ thuộc vào số lượng protein, cấu trúc của chúng và các proton tự do. Chất đệm này có thể trung hòa cả sản phẩm có tính axit và kiềm. Nhưng khả năng của nó có tính axit cao hơn tính kiềm.
Đặc điểm của hồng cầu
Thông thường, hồng cầu có độ pH không đổi - 7, 25. Chất đệm hydrocacbonat và phốt phát có ảnh hưởng ở đây. Nhưng về sức mạnh, họ khác nhau về huyết thống. Trong hồng cầu, chất đệm protein đóng một vai trò đặc biệt trong việc cung cấp oxy cho các cơ quan và mô, cũng như loại bỏ carbon dioxide ra khỏi chúng. Ngoài ra, nó duy trì một giá trị pH không đổi bên trong hồng cầu. Chất đệm protein trong hồng cầu có liên quan mật thiết với hệ thống bicarbonate, vì tỷ lệ axit và muối ở đây ít hơn trong máu.
Ví dụ về hệ thống đệm
Dung dịch axit và kiềm mạnh, phản ứng yếu, có độ pH thay đổi. Nhưng hỗn hợp axit axetic với muối của nó vẫn giữ được giá trị ổn định. Ngay cả khi bạn thêm axit hoặc kiềm vào chúng, cân bằng axit-bazơ sẽ không thay đổi. Ví dụ, hãy xem xét đệm axetat, bao gồm axit CH3COOH và muối của nó CH3COO. Nếu bạn thêm một axit mạnh, thì bazơ của muối sẽ liên kết với các ion H + và chuyển thành axit axetic. Muối anion khửcân bằng bởi sự gia tăng các phân tử axit. Kết quả là, có rất ít thay đổi trong tỷ lệ của axit với muối của nó, do đó, độ pH thay đổi khá rõ ràng.
Cơ chế hoạt động của hệ thống đệm
Khi các sản phẩm có tính axit hoặc kiềm đi vào máu, bộ đệm sẽ duy trì giá trị pH không đổi cho đến khi các sản phẩm đi vào được bài tiết hoặc sử dụng trong quá trình trao đổi chất. Có bốn chất đệm trong máu người, mỗi chất đệm bao gồm hai phần: một axit và muối của nó, cũng như một chất kiềm mạnh.
Tác dụng của chất đệm là do nó liên kết và trung hòa các ion đi kèm với thành phần tương ứng với nó. Vì trong tự nhiên, cơ thể hầu hết gặp phải các sản phẩm trao đổi chất dưới oxy hóa, các đặc tính của chất đệm là chống axit hơn là chống kiềm.
Mỗi hệ thống đệm có nguyên lý hoạt động riêng. Khi độ pH giảm xuống dưới 7,0, hoạt động mạnh mẽ của chúng bắt đầu. Chúng bắt đầu liên kết các ion hydro tự do dư thừa, tạo thành phức chất di chuyển oxy. Đến lượt nó, nó sẽ di chuyển đến hệ tiêu hóa, phổi, da, thận, v.v. Việc vận chuyển các sản phẩm có tính axit và kiềm như vậy góp phần vào việc loại bỏ và bài tiết chúng.
Trong cơ thể con người, chỉ có bốn hệ đệm đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng axit-bazơ, nhưng có những hệ đệm khác, chẳng hạn như hệ đệm axetat, có axit yếu (chất cho) và muối của nó (người chấp nhận). Khả năng của các cơ chế nàyđể chống lại sự thay đổi độ pH khi axit hoặc muối đi vào máu bị hạn chế. Chúng chỉ duy trì cân bằng axit-bazơ khi axit hoặc kiềm mạnh được cung cấp với một lượng nhất định. Nếu vượt quá, độ pH sẽ thay đổi đột ngột, hệ thống đệm sẽ ngừng hoạt động.
Hiệu quả đệm
Chất đệm của máu và hồng cầu có hiệu quả khác nhau. Trong trường hợp thứ hai, nó cao hơn, vì có một bộ đệm hemoglobin ở đây. Sự giảm số lượng các ion xảy ra theo hướng từ tế bào đến môi trường gian bào, sau đó vào máu. Điều này cho thấy rằng máu có dung lượng đệm lớn nhất, trong khi môi trường nội bào có dung lượng đệm nhỏ nhất.
Khi các tế bào được trao đổi chất, các axit xuất hiện sẽ đi vào dịch kẽ. Điều này xảy ra càng dễ dàng, chúng càng xuất hiện nhiều trong tế bào, vì sự dư thừa của các ion hydro sẽ làm tăng tính thấm của màng tế bào. Chúng ta đã biết phân loại hệ thống đệm. Trong hồng cầu, chúng có đặc tính hiệu quả hơn, vì các sợi collagen vẫn đóng một vai trò ở đây, phản ứng bằng cách sưng lên với sự tích tụ của axit, chúng hấp thụ và giải phóng hồng cầu khỏi các ion hydro. Khả năng này là do đặc tính hấp thụ của nó.
Tương tác của bộ đệm trong cơ thể
Tất cả các cơ chế trong cơ thể được kết nối với nhau. Bộ đệm máu bao gồm một số hệ thống, đóng góp vào việc duy trì cân bằng axit-bazơ là khác nhau. Khi máu đi vào phổi, nó sẽ nhận oxy.bằng cách liên kết với hemoglobin trong tế bào hồng cầu, tạo thành oxyhemoglobin (axit), có tác dụng duy trì mức độ pH. Với sự hỗ trợ của carbonic anhydrase, có một quá trình thanh lọc song song của máu phổi khỏi carbon dioxide, mà trong hồng cầu được trình bày dưới dạng axit cacbonic dibasic yếu và carbaminohemoglobin, và trong máu - carbon dioxide và nước.
Với việc giảm lượng axit cacbonic dibasic yếu trong hồng cầu, nó thâm nhập từ máu vào hồng cầu, và máu được làm sạch carbon dioxide. Do đó, một axit cacbonic dibasic yếu liên tục đi từ tế bào vào máu, và các anion clorua không hoạt động đi vào hồng cầu từ máu để duy trì tính trung tính. Kết quả là, các tế bào hồng cầu có tính axit cao hơn huyết tương. Tất cả các hệ thống đệm đều được chứng minh bởi tỷ lệ chất cho và chất nhận proton (4:20), có liên quan đến đặc thù của quá trình trao đổi chất của cơ thể con người, tạo thành một số lượng lớn các sản phẩm có tính axit hơn so với các sản phẩm kiềm. Chỉ số về khả năng đệm axit rất quan trọng ở đây.
Quá trình trao đổi trong mô
Cân bằng axit-bazơ được duy trì bởi các chất đệm và chuyển hóa trao đổi chất trong các mô cơ thể. Điều này được hỗ trợ bởi các quá trình hóa sinh và hóa lý. Chúng góp phần làm mất đặc tính axit-bazơ của các sản phẩm trao đổi chất, sự liên kết của chúng, hình thành các hợp chất mới nhanh chóng được đào thải ra khỏi cơ thể. Ví dụ, một lượng lớn axit lactic được bài tiết thành glycogen, các axit hữu cơ được trung hòa bởi muối natri. Mạnhaxit và kiềm hòa tan trong lipid và axit hữu cơ bị oxy hóa để tạo thành axit cacbonic.
Vì vậy, hệ thống đệm là trợ thủ đầu tiên trong việc bình thường hóa cân bằng axit-bazơ trong cơ thể con người. Sự ổn định pH là cần thiết cho hoạt động bình thường của các phân tử và cấu trúc sinh học, các cơ quan và mô. Trong điều kiện bình thường, quá trình đệm duy trì sự cân bằng giữa việc đưa vào và loại bỏ các ion hydro và carbon dioxide, giúp duy trì mức độ pH không đổi trong máu.
Nếu có sự cố trong công việc của hệ thống đệm, thì một người sẽ phát triển các bệnh lý như nhiễm kiềm hoặc nhiễm toan. Tất cả các hệ thống đệm được kết nối với nhau và nhằm mục đích duy trì sự cân bằng axit-bazơ ổn định. Cơ thể con người liên tục tạo ra một số lượng lớn các sản phẩm có tính axit, tương đương với ba mươi lít axit mạnh.
Sự liên tục của các phản ứng bên trong cơ thể được cung cấp bởi các chất đệm mạnh mẽ: phosphate, protein, hemoglobin và bicarbonate. Có những hệ thống đệm khác, nhưng đây là những hệ thống đệm chính và cần thiết nhất cho một cơ thể sống. Nếu không có sự giúp đỡ của họ, một người sẽ phát triển các bệnh lý khác nhau có thể dẫn đến hôn mê hoặc tử vong.
