איזון חומצה-בסיס ממלא תפקיד עצום בתפקוד התקין של גוף האדם. הדם שמסתובב בגוף הוא תערובת של תאים חיים הנמצאים בבית גידול נוזלי. תכונת האבטחה הראשונה השולטת ברמת ה-pH בדם היא מערכת החיץ. זהו מנגנון פיזיולוגי המבטיח שמירה על הפרמטרים של איזון חומצה-בסיס על ידי מניעת ירידות pH. מה זה ואיזה זנים יש לו, נגלה בהמשך.
Description
מערכת המאגר היא מנגנון ייחודי. ישנם כמה מהם בגוף האדם, וכולם מורכבים מפלסמה ותאי דם. חוצצים הם בסיסים (חלבונים ותרכובות אנאורגניות) הקושרים או תורמים H+ ו-OH-, והורסים את שינוי ה-pH בתוך שלושים שניות. היכולת של חוצץ לשמור על איזון חומצה-בסיס תלויה במספר היסודות מהם הוא מורכב.
סוגי מאגרי דם
דם שזז כל הזמן הוא תאים חיים,שקיימים בתווך נוזלי. pH תקין הוא 7, 37-7, 44. הקישור של יונים מתרחש עם חיץ מסוים, הסיווג של מערכות חיץ ניתן להלן. הוא עצמו מורכב מפלסמה ותאי דם ויכול להיות פוספט, חלבון, ביקרבונט או המוגלובין. לכל המערכות הללו יש מנגנון פעולה פשוט למדי. פעילותם מכוונת לוויסות רמת היונים בדם.
תכונות של חיץ המוגלובין
מערכת חיץ ההמוגלובין היא החזקה מכולן, היא אלקלית בנימי הרקמות וחומצה באיבר פנימי כמו הריאות. הוא מהווה כשבעים וחמישה אחוזים מכלל קיבולת החיץ. מנגנון זה מעורב בתהליכים רבים המתרחשים בדם אנושי, ובהרכבו גלובין. כאשר חיץ ההמוגלובין משתנה לצורה אחרת (אוקסיהמוגלובין), צורה זו משתנה, וגם התכונות החומציות של החומר הפעיל משתנות.
האיכות של המוגלובין מופחת פחותה מזו של חומצה פחמנית, אך הולכת ומשתפרת בהרבה כשהיא מתחמצנת. כאשר החומציות של ה-pH נרכשת, המוגלובין משלב יוני מימן, מתברר שהוא כבר מופחת. כאשר פחמן דו חמצני מתנקה מהריאות, ה-pH הופך לבסיסי. בזמן זה, ההמוגלובין שעבר חמצון פועל כתורם פרוטונים, בעזרתו מאוזן מאזן החומצה-בסיס. אז, המאגר, המורכב מאוקסיהמוגלובין ומלח האשלגן שלו, מקדם שחרור של פחמן דו חמצני מהגוף.
מערכת המאגר הזו מבצעתתפקיד חשוב בתהליך הנשימה, שכן הוא מבצע את תפקיד ההובלה של העברת חמצן לרקמות ולאיברים פנימיים וסילוק פחמן דו חמצני מהם. מאזן החומצה-בסיס בתוך האריתרוציטים נשמר ברמה קבועה, לכן, גם בדם.
לכן, כאשר הדם רווי בחמצן, ההמוגלובין הופך לחומצה חזקה, וכאשר הוא מוותר על חמצן, הוא הופך לחומצה אורגנית חלשה למדי. המערכות של אוקסיהמוגלובין והמוגלובין ניתנות להמרה הדדית, הן קיימות כאחת.
תכונות של חיץ ביקרבונט
מערכת חיץ הביקרבונט היא גם חזקה, אבל גם המבוקרת ביותר בגוף. הוא מהווה כעשרה אחוזים מקיבולת החיץ הכוללת. יש לו תכונות מגוונות המבטיחות את יעילותו הדו-כיוונית. חיץ זה מכיל זוג חומצה-בסיס מצומד, המורכב ממולקולות כגון חומצה פחמנית (מקור פרוטון) ואניון ביקרבונט (מקבל פרוטון).
לכן, מערכת חיץ הביקרבונט מקדמת תהליך שיטתי שבו חומצה חזקה חודרת לזרם הדם. מנגנון זה קושר את החומצה לאניוני הביקרבונט, ויוצר חומצה פחמנית ומלח שלה. כאשר אלקלי נכנס לדם, המאגר נקשר לחומצה פחמנית ויוצר מלח ביקרבונט. מכיוון שיש יותר נתרן ביקרבונט בדם אנושי מאשר חומצה פחמנית, קיבולת חיץ זו תהיה בעלת חומציות גבוהה. במילים אחרות, חיץ פחמימניםהמערכת (ביקרבונט) טובה מאוד בפיצוי על חומרים המגבירים את חומציות הדם. אלה כוללים חומצה לקטית, שריכוזה עולה עם מאמץ גופני אינטנסיבי, והמאגר הזה מגיב מהר מאוד לשינויים באיזון חומצה-בסיס בדם.
תכונות של חיץ פוספט
מערכת חיץ הפוספטים האנושית תופסת קרוב לשני אחוזים מקיבולת החיץ הכוללת, הקשורה לתכולת הפוספטים בדם. מנגנון זה שומר על ה-pH בשתן ועל הנוזל שנמצא בתוך התאים. המאגר מורכב מפוספטים אנאורגניים: מונו-בסיסיים (פועל כחומצה) ודי-בסיסיים (פועל כאלקלי). ב-pH תקין, היחס בין חומצה לבסיס הוא 1:4. עם עלייה במספר יוני המימן, מערכת חיץ הפוספט נקשרת אליהם ויוצרת חומצה. מנגנון זה חומצי יותר מאשר אלקליין, ולכן הוא מנטרל בצורה מושלמת מטבוליטים חומציים, כגון חומצה לקטית, הנכנסים לזרם הדם האנושי.
תכונות של חיץ החלבון
לחצץ חלבונים אינו ממלא תפקיד מיוחד כל כך בייצוב איזון החומצה-בסיס, בהשוואה למערכות אחרות. הוא מהווה כשבעה אחוזים מקיבולת החיץ הכוללת. חלבונים מורכבים ממולקולות המתחברות ליצירת תרכובות על בסיס חומצה. בסביבה חומצית הם פועלים כאלקליות הקושרות חומצות, בסביבה בסיסית הכל קורה הפוך.
זה מוביל ליצירת מערכת חיץ חלבון, אשרזה די יעיל בערך pH של 7.2 עד 7.4 חלק גדול מהחלבונים מיוצג על ידי אלבומינים וגלובולינים. מכיוון שמטען החלבון הוא אפס, ב-pH רגיל הוא בצורת אלקלי ומלח. קיבולת חיץ זו תלויה במספר החלבונים, במבנה שלהם ובפרוטונים החופשיים. חוצץ זה יכול לנטרל מוצרים חומציים ובסיסיים כאחד. אבל הקיבולת שלו חומצית יותר מאשר בסיסית.
תכונות של אריתרוציטים
בדרך כלל, לאריתרוציטים יש pH קבוע - 7, 25. לחצני הידרוקרבונט ופוספט יש השפעה כאן. אבל מבחינת כוח, הם שונים מאלה שבדם. באריתרוציטים, חיץ החלבון ממלא תפקיד מיוחד באספקת חמצן לאיברים ורקמות וכן בסילוק פחמן דו חמצני מהם. בנוסף, הוא שומר על ערך pH קבוע בתוך האריתרוציטים. חיץ החלבון באריתרוציטים קשור קשר הדוק למערכת הביקרבונט, שכן היחס בין חומצה למלח כאן קטן מאשר בדם.
דוגמה למערכת מאגר
לפתרונות של חומצות ואלקליות חזקות, בעלי תגובות חלשות, יש pH משתנה. אבל התערובת של חומצה אצטית עם המלח שלה שומרת על ערך יציב. גם אם תוסיף להם חומצה או אלקלי, מאזן החומצה-בסיס לא ישתנה. כדוגמה, קחו בחשבון את חיץ האצטאט, המורכב מהחומצה CH3COOH והמלח שלה CH3COO. אם מוסיפים חומצה חזקה אז בסיס המלח יקשר את יוני H+ ויהפוך לחומצה אצטית. הפחתת אניונים במלחמאוזן על ידי עלייה במולקולות חומצה. כתוצאה מכך, יש שינוי קטן ביחס בין החומצה למלח שלה, ולכן ה-pH משתנה באופן די בלתי מורגש.
מנגנון הפעולה של מערכות חיץ
כאשר מוצרים חומציים או אלקליים נכנסים לזרם הדם, המאגר שומר על ערך pH קבוע עד שהמוצרים הנכנסים מופרשים או משתמשים בהם בתהליכים מטבוליים. ישנם ארבעה מאגרים בדם אנושי, שכל אחד מהם מורכב משני חלקים: חומצה ומלח שלה, וכן אלקלי חזק.
השפעתו של חוצץ נובעת מכך שהוא קושר ומנטרל את היונים המגיעים עם ההרכב המתאים לו. מכיוון שבטבע הגוף פוגש יותר מכל מוצרים מטבוליים מחומצנים, התכונות של המאגר הן אנטי-חומציות יותר מאשר אנטי-אלקליות.
לכל מערכת חיץ יש עיקרון פעולה משלה. כאשר רמת ה-pH יורדת מתחת ל-7.0, מתחילה פעילותם הנמרצת. הם מתחילים לקשור עודפי יוני מימן חופשיים, ויוצרים קומפלקסים המניעים חמצן. זה, בתורו, עובר למערכת העיכול, הריאות, העור, הכליות וכו'. הובלה כזו של מוצרים חומציים ובסיסיים תורמת לפריקתם ולהפרשתם.
בגוף האדם, רק ארבע מערכות חיץ ממלאות תפקיד חשוב בשמירה על איזון חומצה-בסיס, אך ישנם חוצצים נוספים, כמו מערכת חיץ האצטאט, בעלת חומצה חלשה (תורמת) והמלח שלה (מקבל). היכולת של מנגנונים אלוכדי להתנגד לשינויים ב-pH כאשר חומצה או מלח נכנסים לדם מוגבל. הם שומרים על איזון חומצה-בסיס רק כאשר מסופקת חומצה חזקה או אלקלית בכמות מסוימת. אם חריגה ממנו, ה-pH ישתנה באופן דרמטי, מערכת המאגר תפסיק לתפקד.
יעילות מאגר
למאגרי דם ואריתרוציטים יש יעילות שונה. באחרונים הוא גבוה יותר, שכן יש כאן חיץ המוגלובין. הירידה במספר היונים מתרחשת בכיוון מהתא אל הסביבה הבין-תאית, ולאחר מכן אל הדם. זה מצביע על כך שלדם יש את קיבולת החיץ הגדולה ביותר, בעוד שלסביבה התוך-תאית יש את הקטן ביותר.
כאשר תאים עוברים חילוף חומרים, מופיעות חומצות שעוברות לנוזל הביניים. זה קורה ככל שקל יותר, ככל שהם מופיעים יותר בתאים, שכן עודף של יוני מימן מגביר את החדירות של קרום התא. אנחנו כבר יודעים את הסיווג של מערכות חיץ. באריתרוציטים יש להם תכונות אפקטיביות יותר, שכן עדיין משחק כאן תפקיד סיבי קולגן, המגיבים בנפיחות להצטברות חומצה, הם סופגים אותה ומשחררים אריתרוציטים מיוני מימן. יכולת זו נובעת מתכונת הקליטה שלה.
אינטראקציה של מאגרים בגוף
כל המנגנונים שנמצאים בגוף קשורים זה בזה. מאגרי דם מורכבים ממספר מערכות שתרומתן לשמירה על איזון חומצה-בסיס שונה. כאשר הדם חודר לריאות, הוא מקבל חמצן.על ידי קישור להמוגלובין בתאי דם אדומים, יצירת אוקסיהמוגלובין (חומצה), השומר על רמת ה-pH. בסיוע אנהידראז פחמני, קיים טיהור מקביל של דם הריאות מפחמן דו חמצני, אשר באדרציטים מוצג בצורה של חומצה פחמנית דו-בסיסית חלשה וקרבאמינוהמוגלובין, ובדם - פחמן דו חמצני ומים.
עם ירידה בכמות החומצה הפחמית הדו-בסיסית החלשה באריתרוציטים, היא חודרת מהדם לאדמת הדם, והדם מתנקה מפחמן דו-חמצני. לפיכך, חומצה פחמנית די-בסיסית חלשה עוברת כל הזמן מהתאים לדם, ואניונים כלוריים לא פעילים נכנסים לאריתרוציטים מהדם כדי לשמור על נייטרליות. כתוצאה מכך, תאי דם אדומים חומציים יותר מפלזמה. כל מערכות החיץ מוצדקות על ידי יחס תורם-מקבל פרוטונים (4:20), הקשור למוזרויות של חילוף החומרים של גוף האדם, היוצר מספר רב יותר של מוצרים חומציים מאשר אלו אלקליים. האינדיקטור של יכולות חיץ חומצה חשוב מאוד כאן.
תהליכי החלפה ברקמות
איזון חומצה-בסיס נשמר על ידי מאגרים וטרנספורמציות מטבוליות ברקמות הגוף. זה נעזר בתהליכים ביוכימיים ופיזיקו-כימיים. הם תורמים לאובדן תכונות חומצה-בסיס של מוצרים מטבוליים, לקשירתם, ליצירת תרכובות חדשות המופרשות במהירות מהגוף. לדוגמה, כמות גדולה של חומצה לקטית מופרשת לגליקוגן, חומצות אורגניות מנוטרלות על ידי מלחי נתרן. חָזָקחומצות ובסיסים מתמוססים בליפידים, וחומצות אורגניות מתחמצנות ליצירת חומצה פחמנית.
לכן, מערכת החיץ היא המסייעת הראשונה בנורמליזציה של מאזן חומצה-בסיס בגוף האדם. יציבות pH הכרחית לתפקוד תקין של מולקולות ומבנים ביולוגיים, איברים ורקמות. בתנאים רגילים, תהליכי חיץ שומרים על איזון בין החדרה והסרה של יוני מימן ופחמן דו חמצני, מה שעוזר לשמור על רמת pH קבועה בדם.
אם יש כשל בעבודה של מערכות חיץ, אז אדם מפתח פתולוגיות כמו אלקלוזה או חמצת. כל מערכות המאגר מחוברות זו לזו ומכוונות לשמירה על איזון חומצה-בסיס יציב. גוף האדם מייצר כל הזמן מספר רב של מוצרים חומציים, אשר שווה ערך לשלושים ליטר חומצה חזקה.
עמידות התגובות בתוך הגוף מסופקת על ידי מאגרים רבי עוצמה: פוספט, חלבון, המוגלובין וביקרבונט. ישנן מערכות חיץ אחרות, אך אלו הן העיקריות וההכרחיות ביותר לאורגניזם חי. ללא עזרתם, אדם יפתח פתולוגיות שונות שעלולות להוביל לתרדמת או למוות.
