يلعب التوازن الحمضي القاعدي دورًا كبيرًا في الأداء الطبيعي لجسم الإنسان. إن الدم الذي يدور في الجسم عبارة عن مزيج من الخلايا الحية الموجودة في موطن سائل. أول ميزة أمنية تتحكم في مستوى الأس الهيدروجيني في الدم هي نظام العازلة. هذه آلية فسيولوجية تضمن الحفاظ على معايير التوازن الحمضي القاعدي عن طريق منع انخفاض الأس الهيدروجيني. ما هو وما أنواعه ، سنكتشف أدناه.
الوصف
نظام العازلة آلية فريدة. يوجد العديد منها في جسم الإنسان ، وتتكون جميعها من البلازما وخلايا الدم. المحاليل الوقائية عبارة عن قواعد (بروتينات ومركبات غير عضوية) تربط أو تتبرع بـ H + و OH- ، وتدمر تحول الأس الهيدروجيني في غضون ثلاثين ثانية. تعتمد قدرة المخزن المؤقت على الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي على عدد العناصر التي يتكون منها.
أنواع مخازن الدم
الدم الذي يتحرك باستمرار هو خلايا حية ،الموجودة في وسط سائل. الأس الهيدروجيني الطبيعي هو 7 ، 37-7 ، 44. يحدث ارتباط الأيونات مع عازلة معينة ، وترد أدناه تصنيف أنظمة العازلة. يتكون في حد ذاته من البلازما وخلايا الدم ويمكن أن يكون الفوسفات أو البروتين أو البيكربونات أو الهيموجلوبين. كل هذه الأنظمة لديها آلية عمل بسيطة إلى حد ما. يهدف نشاطهم إلى تنظيم مستوى الأيونات في الدم.
ميزات المخزن المؤقت للهيموجلوبين
نظام عازلة الهيموجلوبين هو الأقوى على الإطلاق ، فهو مادة قلوية في الشعيرات الدموية للأنسجة وحمض في عضو داخلي مثل الرئتين. يمثل حوالي خمسة وسبعين بالمائة من إجمالي سعة المخزن المؤقت. تشارك هذه الآلية في العديد من العمليات التي تحدث في دم الإنسان ، وتحتوي على الغلوبين في تركيبته. عندما يتغير المخزن المؤقت للهيموجلوبين إلى شكل آخر (أوكسي هيموغلوبين) ، يتغير هذا الشكل ، كما تتغير الخصائص الحمضية للمادة الفعالة.
جودة الهيموجلوبين المخفض أقل من جودة حمض الكربونيك ، لكنها تصبح أفضل بكثير عندما تتأكسد. عندما يتم الحصول على حموضة الأس الهيدروجيني ، يجمع الهيموغلوبين بين أيونات الهيدروجين ، ويتضح أنه قد تم تقليله بالفعل. عندما يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الرئتين ، يصبح الأس الهيدروجيني قلويًا. في هذا الوقت ، يعمل الهيموغلوبين ، الذي تأكسد ، كمانح للبروتون ، والذي يساعد على توازن التوازن الحمضي القاعدي. لذلك ، فإن المخزن المؤقت ، الذي يتكون من أوكسي هيموغلوبين وملح البوتاسيوم ، يعزز إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الجسم.
يعمل نظام المخزن المؤقت هذادور مهم في العملية التنفسية ، حيث تقوم بوظيفة النقل المتمثلة في نقل الأكسجين إلى الأنسجة والأعضاء الداخلية وإزالة ثاني أكسيد الكربون منها. يتم الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي داخل كريات الدم الحمراء عند مستوى ثابت ، وبالتالي في الدم أيضًا.
وهكذا ، عندما يتشبع الدم بالأكسجين ، يتحول الهيموجلوبين إلى حمض قوي ، وعندما يتخلى عن الأكسجين ، يتحول إلى حمض عضوي ضعيف إلى حد ما. أنظمة الأوكسي هيموغلوبين والهيموغلوبين قابلة للتحويل ، فهي موجودة كواحد.
ميزات عازلة البيكربونات
نظام عازلة البيكربونات قوي أيضًا ، ولكنه أيضًا الأكثر تحكمًا في الجسم. يمثل حوالي عشرة بالمائة من إجمالي سعة التخزين المؤقت. له خصائص متعددة تضمن فعاليته في الاتجاهين. يحتوي هذا المخزن المؤقت على زوج مترافق من القاعدة الحمضية ، والذي يتكون من جزيئات مثل حمض الكربونيك (مصدر البروتون) وبيكربونات الأنيون (متقبل البروتون).
وهكذا ، فإن نظام عازلة البيكربونات يعزز عملية منهجية حيث يدخل حمض قوي إلى مجرى الدم. تربط هذه الآلية الحمض بأنيونات البيكربونات ، مكونة حمض الكربونيك وأملاحه. عندما يدخل القلوي إلى الدم ، يرتبط المخزن المؤقت بحمض الكربونيك ، مكونًا ملح البيكربونات. نظرًا لوجود بيكربونات الصوديوم في دم الإنسان أكثر من حمض الكربونيك ، فإن هذه السعة العازلة ستكون ذات حموضة عالية. بمعنى آخر ، المخزن المؤقت للهيدروكربوناتنظام (البيكربونات) جيد جدا في تعويض المواد التي تزيد من حموضة الدم. وتشمل هذه حمض اللاكتيك ، الذي يزداد تركيزه مع المجهود البدني المكثف ، ويتفاعل هذا المحلول بسرعة كبيرة مع التغيرات في التوازن الحمضي القاعدي في الدم.
ميزات المخزن المؤقت للفوسفات
يحتل نظام عازلة الفوسفات البشري ما يقرب من 2٪ من إجمالي السعة العازلة ، والتي ترتبط بمحتوى الفوسفات في الدم. تحافظ هذه الآلية على الرقم الهيدروجيني في البول والسوائل الموجودة داخل الخلايا. يتكون المخزن المؤقت من الفوسفات غير العضوي: أحادي القاعدة (يعمل كحامض) وثنائي القاعدة (يعمل كقلوي). عند درجة الحموضة العادية ، تكون نسبة الحمض إلى القاعدة 1: 4. مع زيادة عدد أيونات الهيدروجين ، يرتبط بها نظام عازلة الفوسفات ، مكونًا حمضًا. هذه الآلية أكثر حمضية من القلوية ، لذا فهي تحيد بشكل مثالي المستقلبات الحمضية ، مثل حمض اللاكتيك ، التي تدخل مجرى الدم البشري.
ميزات المخزن المؤقت للبروتين
لا يلعب المخزن المؤقت للبروتين دورًا خاصًا في استقرار التوازن الحمضي القاعدي ، مقارنةً بالأنظمة الأخرى. يمثل حوالي سبعة بالمائة من إجمالي سعة المخزن المؤقت. تتكون البروتينات من جزيئات تتحد لتشكل مركبات حمضية قاعدية. في البيئة الحمضية ، تعمل القلويات التي تربط الأحماض ، في بيئة قلوية ، يحدث كل شيء في الاتجاه المعاكس.
هذا يؤدي إلى تكوين نظام عازلة للبروتين ، والذيإنه فعال للغاية عند قيمة pH من 7.2 إلى 7.4. يتم تمثيل نسبة كبيرة من البروتينات من خلال الألبومين والجلوبيولين. نظرًا لأن شحنة البروتين صفرية ، عند درجة الحموضة العادية تكون في شكل قلوي وملح. تعتمد سعة المخزن المؤقت هذه على عدد البروتينات وهيكلها والبروتونات الحرة. هذا المخزن المؤقت يمكن أن يحيد كل من المنتجات الحمضية والقلوية. لكن قدرتها حمضية أكثر من القلوية.
ميزات كريات الدم الحمراء
عادة ، تحتوي كريات الدم الحمراء على درجة حموضة ثابتة - 7 ، 25. مخازن الهيدروكربونات والفوسفات لها تأثير هنا. لكنهم من حيث القوة يختلفون عن أولئك الذين في الدم. في كريات الدم الحمراء ، يلعب المخزن المؤقت للبروتين دورًا خاصًا في تزويد الأعضاء والأنسجة بالأكسجين ، وكذلك إزالة ثاني أكسيد الكربون منها. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يحافظ على قيمة ثابتة للأس الهيدروجيني داخل كريات الدم الحمراء. يرتبط المخزن المؤقت للبروتين في كريات الدم الحمراء ارتباطًا وثيقًا بنظام البيكربونات ، نظرًا لأن نسبة الحمض والملح هنا أقل منها في الدم.
مثال نظام المخزن المؤقت
محاليل الأحماض والقلويات القوية ، والتي لها تفاعلات ضعيفة ، لها درجة حموضة متغيرة. لكن خليط حمض الأسيتيك مع ملحه يحتفظ بقيمة ثابتة. حتى إذا قمت بإضافة حمض أو قلوي إليها ، فلن يتغير التوازن الحمضي القاعدي. كمثال ، ضع في اعتبارك المخزن المؤقت للأسيتات ، والذي يتكون من الحمض CH3COOH وملحه CH3COO. إذا قمت بإضافة حمض قوي ، فإن قاعدة الملح سوف تربط أيونات H + وتتحول إلى حمض أسيتيك. تقليل الملح الأنيونمتوازنة من خلال زيادة في جزيئات الحمض. نتيجة لذلك ، هناك تغيير طفيف في نسبة الحمض إلى الملح ، لذلك يتغير الأس الهيدروجيني بشكل غير محسوس.
آلية عمل الأنظمة العازلة
عندما تدخل المنتجات الحمضية أو القلوية إلى مجرى الدم ، يحافظ المخزن المؤقت على قيمة ثابتة للأس الهيدروجيني حتى يتم إفراز المنتجات الواردة أو استخدامها في عمليات التمثيل الغذائي. هناك أربعة محاليل في دم الإنسان ، كل منها يتكون من جزأين: حمض وملح ، وكذلك مادة قلوية قوية.
يرجع تأثير المخزن المؤقت إلى حقيقة أنه يربط ويعادل الأيونات التي تأتي مع التركيبة المقابلة لها. نظرًا لأن الجسم في الطبيعة يواجه معظم المنتجات الأيضية غير المؤكسدة ، فإن خصائص المخزن المؤقت هي مضاد للحموضة أكثر من مضاد القلوية.
كل نظام عازلة له مبدأ التشغيل الخاص به. عندما ينخفض مستوى الأس الهيدروجيني إلى أقل من 7.0 ، يبدأ نشاطهم القوي. يبدأون في ربط أيونات الهيدروجين الزائدة الحرة ، وتشكيل مجمعات تنقل الأكسجين. ينتقل بدوره إلى الجهاز الهضمي والرئتين والجلد والكلى وما إلى ذلك. يساهم نقل المنتجات الحمضية والقلوية في تفريغها وإخراجها.
في جسم الإنسان ، تلعب أربعة أنظمة عازلة فقط دورًا مهمًا في الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي ، ولكن هناك محاليل أخرى ، مثل نظام عازلة الأسيتات ، الذي يحتوي على حمض ضعيف (مانح) وملحه (متقبل). قدرة هذه الآلياتلمقاومة التغيرات في درجة الحموضة عندما يدخل الحمض أو الملح في الدم بشكل محدود. أنها تحافظ على التوازن الحمضي القاعدي فقط عندما يتم توفير حمض قوي أو قلوي بكمية معينة. إذا تم تجاوزه ، سيتغير الرقم الهيدروجيني بشكل كبير ، وسيتوقف نظام المخزن المؤقت عن العمل.
كفاءة المخازن
مخازن الدم وكريات الدم الحمراء لها كفاءة مختلفة. في الأخير ، يكون أعلى ، حيث يوجد هنا عازلة للهيموجلوبين. يحدث الانخفاض في عدد الأيونات في الاتجاه من الخلية إلى البيئة بين الخلايا ، ثم إلى الدم. هذا يشير إلى أن الدم لديه أكبر سعة عازلة ، في حين أن البيئة داخل الخلايا لديها أصغر واحد.
عندما يتم استقلاب الخلايا ، تظهر الأحماض التي تمر في السائل الخلالي. يحدث هذا الأمر بشكل أسهل ، وكلما زاد ظهورها في الخلايا ، لأن زيادة أيونات الهيدروجين تزيد من نفاذية غشاء الخلية. نحن نعلم بالفعل تصنيف الأنظمة العازلة. تتمتع كريات الدم الحمراء بخصائص أكثر فعالية ، حيث لا تزال ألياف الكولاجين تلعب دورًا هنا ، والتي تتفاعل عن طريق الانتفاخ لتراكم الحمض ، وتمتصه وتطلق كريات الدم الحمراء من أيونات الهيدروجين. هذه القدرة ترجع إلى خاصية الامتصاص الخاصة بها.
تفاعل المخازن المؤقتة في الجسم
جميع الآليات الموجودة في الجسم مترابطة. تتكون مخازن الدم من عدة أنظمة ، تختلف مساهمتها في الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي. عندما يدخل الدم إلى الرئتين ، فإنه يتلقى الأكسجين.عن طريق الارتباط بالهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء ، مكونًا أوكسي هيموغلوبين (حمض) ، والذي يحافظ على مستوى الرقم الهيدروجيني. بمساعدة الأنهيدراز الكربوني ، هناك تنقية موازية لدم الرئتين من ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتم تقديمه في كريات الدم الحمراء على شكل حمض كربونيك ثنائي القاعدة ضعيف وكربامين هيموغلوبين ، وفي الدم - ثاني أكسيد الكربون والماء.
مع انخفاض كمية حمض الكربونيك ثنائي القاعدة الضعيف في كريات الدم الحمراء ، يخترق الدم إلى كريات الدم الحمراء ، ويتم تطهير الدم من ثاني أكسيد الكربون. وهكذا ، ينتقل حمض الكربونيك ثنائي القاعدة الضعيف باستمرار من الخلايا إلى الدم ، وتدخل الأنيونات الكلوريد غير النشطة إلى كريات الدم الحمراء من الدم للحفاظ على الحياد. نتيجة لذلك ، تكون خلايا الدم الحمراء أكثر حمضية من البلازما. جميع أنظمة العازلة لها ما يبررها من خلال نسبة المتبرع إلى المتبرع بالبروتون (4:20) ، والتي ترتبط بخصائص التمثيل الغذائي لجسم الإنسان ، والتي تشكل عددًا أكبر من المنتجات الحمضية من المنتجات القلوية. يعتبر مؤشر سعة المخزن المؤقت الحمضي مهمًا جدًا هنا.
عمليات التبادل في الأنسجة
يتم الحفاظ على التوازن الحمضي القاعدي من خلال المحاليل المنظمة والتحولات الأيضية في أنسجة الجسم. يتم المساعدة في ذلك من خلال العمليات البيوكيميائية والفيزيائية الكيميائية. إنها تساهم في فقدان الخصائص الحمضية القاعدية للمنتجات الأيضية ، وربطها ، وتشكيل مركبات جديدة تفرز بسرعة من الجسم. على سبيل المثال ، يتم إفراز كمية كبيرة من حمض اللاكتيك في الجليكوجين ، ويتم تحييد الأحماض العضوية بواسطة أملاح الصوديوم. قويالأحماض والقلويات تذوب في الدهون ، وتتأكسد الأحماض العضوية لتكوين حمض الكربونيك.
وهكذا ، فإن نظام العازلة هو المساعد الأول في تطبيع التوازن الحمضي القاعدي في جسم الإنسان. استقرار الأس الهيدروجيني ضروري للتشغيل الطبيعي للجزيئات والتركيبات البيولوجية والأعضاء والأنسجة. في ظل الظروف العادية ، تحافظ عمليات العازلة على التوازن بين إدخال وإزالة أيونات الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ، مما يساعد على الحفاظ على مستوى ثابت لدرجة الحموضة في الدم.
إذا كان هناك فشل في عمل الأنظمة العازلة ، فإن الشخص يصاب بأمراض مثل القلاء أو الحماض. جميع أنظمة العازلة مترابطة وتهدف إلى الحفاظ على توازن حمض-قاعدي مستقر. ينتج جسم الإنسان باستمرار عددًا كبيرًا من المنتجات الحمضية ، وهو ما يعادل ثلاثين لتراً من الأحماض القوية.
يتم توفير ثبات التفاعلات داخل الجسم من خلال مخازن قوية: الفوسفات والبروتين والهيموجلوبين والبيكربونات. هناك أنظمة عازلة أخرى ، لكنها تعتبر الأساسية والأكثر ضرورة للكائن الحي. بدون مساعدتهم ، سيصاب الشخص بأمراض مختلفة يمكن أن تؤدي إلى الغيبوبة أو الموت.
