Буфер систем

Организмын болисын солилцоонд тасралтгүй оролцдог цус, түүний хүчил шүлтийн тэнцвэрийг буферийн систем зохицуулдаг билээ. Гидроксилийн бүлэг болон устөрөгчийн ионы хэмжээнээс цусны урвал шалтгаалдаг. Буферийн чанартай уусмалууд сул хүчил ба сул  хүчлийн суурилаг давснаас бүрдэнэ. Биеийн шингэний буферыг дотор нь бикарбонат –нүүрсний хүчлийн систем, бикарбонатын бус систем гэж 2 ангилдаг . Цусны плазмын гол буфер нь бикарбонатын систем байхад эритроцитын гол буфер нь гемоглобины систем байдаг.

Буфер систем нь сул хүчил ба сул хүчлийн суурилаг давс хоёроос бүрдсэн уусмал юм. Энэхүү уусмалыг буферийн чанартай уусмалууд гэнэ. Буфер уусмал нь ерөнхийдөө рН-ыг саармаг байдалд барьж байдаг. Буфер системийн тухай ойлголтыг  амьд организмын цусны буфер системд авч үздэг.

Цусны буфер системийг дотор нь гурав ангилдаг:

  1. Бикарбонатын буфер систем
  2. Фосфатын буфер систем
  3. Уураг болон гемоглобины буфер систем

Бикарбонатын буфер систем

Энэ систем нь H2СО­3 (нүүрсний хүчил), түүний шүлтэт давснаас бүрддэг байна. Цусны рН-г хэвийн байлгахад H2СО­3 ба NaHСО­3-ийн абсолют биш хэмжээ чухал, харин тэдний концентрацийн харьцаа 7.4-тэй тэнцүү. H2СО­3 ба NaHСО­3-ийн харьцаа нүүрсхүчлийнхээс 20 дахин их байх ёстой.

Дикарбонатын буферийн үйлчлэлийн механизм дараах байдлаар цусанд хүчлийн бүтээгдэхүүний илүүдэл орох үед буферийн шүлтийн хэсгээр саармагжилт үүснэ.

            NaHСО­3 + HClNaCl + H2СО­3

Бикарбонатын буфер системд давсны хэмжээ багасч хүчлийн хэмжээ ихэсдэг. Энэ үед хүчтэй хүчил (HCl) илүү сул хүчлээр солигддог. Энэ нь организмаас амьсгалын эрхтнээр хөнгөн гадагшилдаг бөгөөд үүний хүчинд H2СО­3 ба NaHСО­3-ийн 20 гэсэн харьцаа хадгалагддаг бөгөөд рН нь 7,4 болдог.

            Цус алдах үед шүлтийн бүтээгдэхүүнүүд доорхи урвалаар үүсдэг.

H2СО­3 + NaOH → NaHСО­3 + H2О

Өөрөөр хэлбэл шүлтйин бүтээгдэхүүн NaHСО­3 хэлбэртэй холбогддог, хүчтэй суурийн оронд бага хүчтэй NaHСО­3 үүсдэг.

Фосфатын буфер систем

Энэхүү систем нь фосфорын хүчлийн (NaH2PО­4, NaHPО­4) нэг болон хоёр халагчтай давсны хольцоос бүрддэг.

Нэг халагчтай давс хүчлийн үүрэг гүйцэтгэдэг бол хоёр халагчтай давс шүлтэт давсны үүргийг гүйцэтгэнэ. рН 7,4 үед фосфатын буфер системийн компонентүүдийн харьцаа ј байх ёстой.

Энэ буфер системийн үйлчлэл бикарбонатын үйлчлэлтэй адилаар хүчлийн бүтээгдэхүүн орох үед давсны хүчлийн саармагжилт үүсдэг.

Фосфатын буфер системийн плазмын багтаамж бикарбонатынхаас нилээд бага байдаг.

Уурагт буферийн систем

Уурагт плазмын буферийн шинж чанар уургуудын амфотер шинж чанараар тодорхойлогддог. Өөрөөр хэлбэл хүчил, суурийн адил диссоциацлагдах чадвартай бодисууд хүчлийн орчинд уургууд ОН­­ионы орчныг өгдөг.

            Өөрөөр хэлбэл суурь шиг диссоциаци нь:

            H → R-OH → HR + OH­

Шүлтлэг орчинд уургууд Н+ чөлөөт ионуудтай диссоциацлагдана. Уургийн идэвхитэй диссоциацилагддаг бүлгүүд нь дикарбонатын амин хүчлүүд ба диаминохүчлүүд (лизин, аргинин, гистидин) болдог.

Гемоглобины буфер систем

Энэ нь цусны үндсэн буфер систем юм. Үүний ойролцоогоор 76% нь артерийн цус, 73% венийх болдог. Гемоглобины буферийн шинж чанар нь бусад уургууд шиг амфотер шинж чанартай. Иймээс уурагт яригдсан буферийн системийг тодорхойлох нь гемоглобин дахь буферийн системийн харьцаа болдог.

Түүнээс гадна гемоглобины буферийн шинж чанарууд организм дахь хийн солилцоо, түүний үүрэгтэй холбоотой. Гемоглобин нь цусанд хоёр янзын хэлбэрт байдаг:

  1. Оксигемоглобин (HbO2)
  2. Ангижирсан гемоглобин (Hb)

Оксигемоглобин нь ангижирсан гемоглобиноос 70-80 дахин илүү хүчтэй хүчил байдаг. Иймээс гемоглобины буфер системийг үзүүлж болно. Цусны эргэлтийн том хүрээний капиллярт оксигемоглобин задрахдаа хүчилтөрөгчийг ялгаруулна.

HbO2 → Нb + O2

Үүний үр дүнд ангижирсан гемоглобин үүсдэг. Энэ нь сул суурийн шинж чанарыг үзүүлдэг. Өөрөөр хэлбэл устөрөгчийн ионыг холбодог юм. Энэ хувиргалтын физиологийн утга маш их. Учир нь цусны эд эсээс бодисын солилцооны процесст үүсгэгдэх нүүрсхүчлийн хий их ордог. Нүүрхүчлийн хий нь эхлээд цусны плазмд уусгагддаг, үүний улмаас парциаль даралт ихэсдэг. Тэгээд эритроцитод нүүрсхүчлийн хий нэвтэрдэг. Карбоангидраза ферментийн нөлөөгөөр нүүрсхүчлийн хий нүүрсний хүчилд хурдан хувирдаг.

            Нүүрсний хүчлийн диассоциацилалт:

H2СО­3 → HСО­3+ Н+

Чөлөөт ион Н+ ангижирсан гемоглобинтой холбогддог, харин HСО­3эритроцитод агуулагдах калийн ионтой холбогддог. Ингэснээр КHСО­3 үүсгэдэг.

Тиймээс цусанд их хэмжээний нүүрсхүчлээс үүсгэгдэх дараачийн холболтын шилжилт үүсдэг. Энэ процесс устөрөгчийн ионы хуримтлалаас венийн цусыг хамгаалах чухал механизм юм. Капилляр цусан дахь эд эсээс зөвхөн нүүрсхүчлийн хий биш, харин карбоангидраза ферментийн нөлөөгөөр үүсгэгдэх нүүрсний хүчил ордог.

            Нүүрсний хүчил диссоциацилагддаж цусанд ордог. Харин HСО­3ион бикарбонат натрийн хэлбэрт шилждэг.

Na+ + HСО­3 → NaHСО­3

Энэ процесс эритроцитоос плазмд орж HСО­3 ионтой холбоотойгоорбикарбонатыг үүсгэж байгаа урвалыг гүйцэтгэх нь венийн цусанд Доннаны тэнцвэрийн хуулиар явагддаг. Эритроцитод плазмаас хлорын ион шилжиж,  хлорын ионтой холбоосоос натрийн ион чөлөөлөгдөж HСО­3 ионтой урвалд ордог.

            Иймээс венийн цусанд эцсийн дүнд зөвхөн устөрөгчийн ионы концентраци их биш, харин NaHСО­3-ийн агуулга нэгэн зэрэг ихэсдэг. Иймээс HСО­3 ба NaHСО­3-ийн харьцаа нь өөрчлөлтөд өртдөггүй ба венийн цусны рН зөвхөн 0,01-0,04-р багасдаг.

            Үүний эсрэг процесс цусны эргэлтийн бага хүрээний капиллярт үүсдэг. Альвеолид (pO2) хүчилтөрөгчийн парциаль даралт илүү, харин pCO2

Венийн цусныхаас бага байдаг. Хүчилтөрөгч эритроцитод ороход исэлдэх хэлбэрээр ангижирсан гемоглобин хувирдаг.

            Hb + O2 → HbO2

Гемоглобины хүчлийн шинж чанарын энэ ихсэлт КHСО­3-ээс калийн катион түрж гаргах, КHbO2–г үүсгэх, HСО­-ийг чөлөөлөхөд хүргэдэг. HСО­нь нүүрсхүчлийн молекулын бүтцэнд оролцдог.

             HСО­3 → CO2 + H2O

Энэ үед нүүрсхүчлийн хий эритроцитоос плазмдь түүнээс альвеолиор агаарт шилждэг ба гаралтын үед HСО­ионы багасалт эритроцитод болдог (Доннаны тэнцвэрийн дагуу). Эритроцитоос плазмд хлорын ион шилжихэд тэнд тэр натрийн ионтой холбогдож үүний улмаар бикарбонатын агууламж багасдаг.

            Үүний хүчинд цусны рН-ийн чухалд өөрчлөлт үүсдэггүй. Яригдсан зүйлд нэмэхэд гемоглобиныг глобины молекул дахь амин хүчлийн бүлэг нүүрсхүчлийн хий ба аммиакийн хоорондох карбоамины холбоо үүсэхийг тооцож нүүрсхүчлийн хийг шууд холбож болдог. Энэ замаар нүүрсхүчлийн хийн 10-15% холбогддог. Өөрөөр хэлбэл гемоглобины буфер системийн шинж чанар ихэсдэг байна. Иймээс нүүрсхүчлийн хий ба хүчилтөрөгчийг тээх гемоглобины шинж чанар организмын хүчил-шүлтийн тэнцвэрийг барихад хэрэгтэй.

Гемоглобины буфер үйлчилгээ

Гемоглобин нь бусад уургийн нэгэн адил буферийн тодорхой эзэлхүүн бүхий буфер шинж чанартай байдаг.  Буфер шинж чанар нь рН=6.5-7.8 утганд илүү илэрдэг. Учир нь гистидиний агууламж өндөртэй учир  рН-ийн энэ утганд буфер шинж чанар нь илүү байх юм.

Түүний буфер шинж чанар хүчилтөрөгчийн холбогдох шинж чанартай нь нягт харилцаатай. Исэлдсэн гемоглобин бүхий шингэнээс хүчилтөрөгчийг зайлуулах, буюу оксигемоглобиныг дезоксигемоглобинд хувиргах юм бол рН нь өсч Н-ийн ионы концентраци нь буурдаг.

Hb O 2+  H+                HbH+ O2

Гемоглобины молекултай хүчилтөрөгч нэгдэх болон салахад гистидиний имидазол бүлгийн хүчиллэг чанар өөрчлөгдөх.

Гемоглобины молекулд О2 нь Fe-ийн 6-р байрлалд оршдог бол түүний 5-р байрлалд глобины зэрэгцээх His-ний үлдэгдэл оршдог. О2 салахад Fe-ийн электроны өүтэц цаашилбал соронзон чанарт нь өөрчлөлт ордог. Үүнтэй зэрэгцэн Fe His-ний үлдэгдэлтэй цагираг үүсгэдэг.

Энэ эффект нь зэрэгцээх His-ний   үлдэгдлийн имидазол бүлгийн диссоциацилагдах чадварт нөлөөлөн тэр нь эргэж дарангуйлдаг. Гемоглобинтой  Онэгдэх ба салахад имидазол диссиоциацад ордог нь окси болон дезоксигемоглобины хүчиллэг чанар ялгаатай байдгийн шалтгаан юм. Эндээс гемоглобины буфер шинж чанар  О2 холбогдохтой нягт уялдаатай нь харагдаж байна. Энэ нь гемоглобины  О2 холбогдох чадвар цусны рН-ийн утгын хооронд маш нарийн уялдаа холбоо байна гэсэн үг юм. рН-ийн утга буурахад  О2 өгөх нь нэмэгддэг.

Оксигемоглобины уусмалаас хүчилтөрөгчийг зайлуулахад шүлтлэг чанар ихэсдэг нь зэргэлдээх гистидиний үлдэгдэл протоныг нэгдүүлж байгааа хэрэг юм. Гемоглобиноос хүчилтөрөгчийг зайлуулж байгаа тохиолдолд шингэний рН-ийг тогтмол байлгахын тулд Н-ийн ионыг нэмж өгөх шаардлага гардаг. рН=7.4 байх үед рН-ийн өөрчлөлт гарахаас сэргийлж  1м- экв.оксигемоглобин дээр 0.3 м-экв.Н ионтой холбогдсоноор рН нь тогтмол байдаг гэсэн үг юм. Окси ба дезокси гемоглобины титрлэлтийн муруйнууд буюу Hb-ийн уусмалын рН-ийн утга ба нэмж өгч байгаа хүчлийн хэмжээний  хамаарал физиологийн утганд параллель шулуунууд байна. Ординат тэнхлэг дээрх утга нь дезоксигемоглобинтой нэмж холбогдох Н-ийн ионы хэмжээ болно.

Цусны буфер системийн физиологийн утгыг тод үзүүлэхийн тулд дараах жишээг харуулъя

8 мл цусны 1 мл-т HCl уусмалын 10% буюу 10 мл-т NaOH уусмалын 10%-ийг нэмэхэд рН-ийн мэдэгдэхүйц өөрчлөлт үүсдэггүй. Буфер систем байхгүй үед тийм хэмжээний хүчил, шүлтийг нэмэхэд рН-ийн эрс багасалт буюу нэмэлтийг үүсгэдэг. Хэрвээ цусны буфер систем байхгүй бол түүнд байх нүүрсхүчлийн хийн рН 4,5 болно. Өөрөөр хэлбэл цус хүчлийн урвалд байна.

Өөр жишээ авахад:

рН-г  насанд хүрсэн хүний бүх цусаар шилжүүэхийн тулд (өөрөөр хэлбэл 5 л) цусанд HCl уусмалын 1 N 150 мл ойролцоогоор оруулах. Хэрэв цус буфер системийг агуулаагүй бол рН-ийн шилжилт тийм уусмалын 10 мл-ээс хэтрэхгүй өгөгдөх үед хүрч болдог.

Advertisements

One thought on “Буфер систем

Хариулт үлдээх

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Өөрчлөх )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Өөрчлөх )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Өөрчлөх )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Өөрчлөх )

Connecting to %s