ความสมดุลของกรด-เบสมีบทบาทอย่างมากในการทำงานปกติของร่างกายมนุษย์ เลือดที่หมุนเวียนในร่างกายเป็นส่วนผสมของเซลล์สิ่งมีชีวิตที่อยู่ในแหล่งอาศัยของเหลว คุณลักษณะด้านความปลอดภัยประการแรกที่ควบคุมระดับ pH ในเลือดคือระบบบัฟเฟอร์ นี่เป็นกลไกทางสรีรวิทยาที่ทำให้มั่นใจได้ว่าพารามิเตอร์ของความสมดุลของกรด-เบสจะคงอยู่โดยป้องกันไม่ให้ pH ลดลง มันคืออะไรและมีความหลากหลายอย่างไรเราจะหาที่ด้านล่าง
รายละเอียด
ระบบบัฟเฟอร์เป็นกลไกเฉพาะ ในร่างกายมนุษย์มีหลายชนิดและทั้งหมดประกอบด้วยพลาสมาและเซลล์เม็ดเลือด บัฟเฟอร์คือเบส (โปรตีนและสารประกอบอนินทรีย์) ที่จับหรือบริจาค H+ และ OH- ซึ่งทำลายการเปลี่ยนแปลงค่า pH ภายในสามสิบวินาที ความสามารถของบัฟเฟอร์ในการรักษาสมดุลกรดเบสขึ้นอยู่กับจำนวนขององค์ประกอบที่ประกอบขึ้น
ประเภทของบัฟเฟอร์เลือด
เลือดที่เคลื่อนไหวตลอดเวลาคือเซลล์ที่มีชีวิตที่มีอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลว ค่า pH ปกติคือ 7, 37-7, 44 การจับของไอออนเกิดขึ้นกับบัฟเฟอร์บางตัว การจำแนกประเภทของระบบบัฟเฟอร์แสดงไว้ด้านล่าง มันประกอบด้วยพลาสมาและเซลล์เม็ดเลือดและสามารถเป็นฟอสเฟต โปรตีน ไบคาร์บอเนตหรือเฮโมโกลบิน ระบบทั้งหมดนี้มีกลไกการทำงานที่ค่อนข้างง่าย กิจกรรมของพวกเขามีวัตถุประสงค์เพื่อควบคุมระดับของไอออนในเลือด
คุณสมบัติของบัฟเฟอร์เฮโมโกลบิน
ระบบบัฟเฟอร์เฮโมโกลบินนั้นทรงพลังที่สุด มันเป็นด่างในเส้นเลือดฝอยของเนื้อเยื่อและเป็นกรดในอวัยวะภายในเช่นปอด คิดเป็นประมาณเจ็ดสิบห้าเปอร์เซ็นต์ของความจุบัฟเฟอร์ทั้งหมด กลไกนี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการหลายอย่างที่เกิดขึ้นในเลือดมนุษย์ และมีโกลบินอยู่ในองค์ประกอบ เมื่อบัฟเฟอร์ของเฮโมโกลบินเปลี่ยนเป็นรูปแบบอื่น (ออกซีเฮโมโกลบิน) รูปแบบนี้จะเปลี่ยนไป และคุณสมบัติที่เป็นกรดของสารออกฤทธิ์ก็จะเปลี่ยนไปด้วย
คุณภาพของฮีโมโกลบินที่ลดลงนั้นน้อยกว่ากรดคาร์บอนิก แต่จะดีขึ้นมากเมื่อถูกออกซิไดซ์ เมื่อได้รับความเป็นกรดของ pH ฮีโมโกลบินจะรวมไฮโดรเจนไอออนเข้าด้วยกันปรากฎว่าลดลงแล้ว เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ถูกขับออกจากปอด ค่า pH จะกลายเป็นด่าง ในเวลานี้เฮโมโกลบินซึ่งถูกออกซิไดซ์ทำหน้าที่เป็นผู้ให้โปรตอนด้วยความช่วยเหลือซึ่งสมดุลกรดเบสจะสมดุล ดังนั้นบัฟเฟอร์ที่ประกอบด้วยออกซีเฮโมโกลบินและเกลือโพแทสเซียมจึงส่งเสริมการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากร่างกาย
ระบบบัฟเฟอร์นี้ทำงานมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางเดินหายใจ เนื่องจากทำหน้าที่ขนส่งออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะภายใน และกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากร่างกาย ความสมดุลของกรดเบสภายในเม็ดเลือดแดงจะคงอยู่ที่ระดับคงที่ ดังนั้นในเลือดเช่นกัน
ดังนั้น เมื่อเลือดอิ่มตัวด้วยออกซิเจน เฮโมโกลบินจะกลายเป็นกรดแก่ และเมื่อปล่อยออกซิเจน จะกลายเป็นกรดอินทรีย์ที่ค่อนข้างอ่อน ระบบของออกซีเฮโมโกลบินและเฮโมโกลบินสามารถสลับกันได้ มีอยู่เป็นหนึ่งเดียว
คุณสมบัติของบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต
ระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตยังทรงพลังแต่ควบคุมได้ดีที่สุดในร่างกาย คิดเป็นประมาณสิบเปอร์เซ็นต์ของความจุบัฟเฟอร์ทั้งหมด มีคุณสมบัติอเนกประสงค์ที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพสองทาง บัฟเฟอร์นี้ประกอบด้วยคู่กรด-เบสคอนจูเกต ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุล เช่น กรดคาร์บอนิก (แหล่งโปรตอน) และแอนไอออน ไบคาร์บอเนต (ตัวรับโปรตอน)
ดังนั้น ระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตจึงส่งเสริมกระบวนการที่เป็นระบบซึ่งกรดอันทรงพลังเข้าสู่กระแสเลือด กลไกนี้จับกรดกับแอนไอออนของไบคาร์บอเนต ทำให้เกิดกรดคาร์บอนิกและเกลือของมัน เมื่ออัลคาไลเข้าสู่กระแสเลือด บัฟเฟอร์จะจับกับกรดคาร์บอนิก ก่อตัวเป็นเกลือไบคาร์บอเนต เนื่องจากมีโซเดียมไบคาร์บอเนตในเลือดมนุษย์มากกว่ากรดคาร์บอนิก ความจุบัฟเฟอร์นี้จึงมีความเป็นกรดสูง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไฮโดรคาร์บอนบัฟเฟอร์ระบบ (ไบคาร์บอเนต) ดีมากในการชดเชยสารที่เพิ่มความเป็นกรดของเลือด ซึ่งรวมถึงกรดแลคติคซึ่งความเข้มข้นจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการออกแรงอย่างหนัก และบัฟเฟอร์นี้ทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงความสมดุลของกรด-เบสในเลือด
คุณสมบัติของบัฟเฟอร์ฟอสเฟต
ระบบบัฟเฟอร์ฟอสเฟตของมนุษย์ใช้พื้นที่เกือบ 2 เปอร์เซ็นต์ของความจุบัฟเฟอร์ทั้งหมด ซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณฟอสเฟตในเลือด กลไกนี้จะรักษาค่า pH ในปัสสาวะและของเหลวที่อยู่ภายในเซลล์ บัฟเฟอร์ประกอบด้วยฟอสเฟตอนินทรีย์: monobasic (ทำหน้าที่เป็นกรด) และ dibasic (ทำหน้าที่เป็นด่าง) ที่ pH ปกติ อัตราส่วนของกรดต่อเบสคือ 1:4 ด้วยการเพิ่มจำนวนของไฮโดรเจนไอออน ระบบบัฟเฟอร์ฟอสเฟตจะจับกับพวกมัน ก่อตัวเป็นกรด กลไกนี้มีความเป็นกรดมากกว่าอัลคาไลน์ ดังนั้นจึงทำให้สารที่เป็นกรดเป็นกลาง เช่น กรดแลคติก เข้าสู่กระแสเลือดของมนุษย์
คุณสมบัติของบัฟเฟอร์โปรตีน
โปรตีนบัฟเฟอร์ไม่ได้มีบทบาทสำคัญในการรักษาสมดุลกรด-เบส เมื่อเทียบกับระบบอื่นๆ คิดเป็นประมาณเจ็ดเปอร์เซ็นต์ของความจุบัฟเฟอร์ทั้งหมด โปรตีนประกอบด้วยโมเลกุลที่รวมกันเป็นสารประกอบกรด-เบส ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด พวกมันทำหน้าที่เป็นด่างที่จับกรด ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ทุกอย่างเกิดขึ้นในทางตรงกันข้าม
ทำให้เกิดระบบบัฟเฟอร์โปรตีนซึ่งมันค่อนข้างมีประสิทธิภาพที่ค่า pH 7.2 ถึง 7.4 โปรตีนส่วนใหญ่แสดงโดยอัลบูมินและโกลบูลิน เนื่องจากประจุโปรตีนเป็นศูนย์ ที่ pH ปกติจึงอยู่ในรูปของด่างและเกลือ ความจุบัฟเฟอร์นี้ขึ้นอยู่กับจำนวนของโปรตีน โครงสร้าง และโปรตอนอิสระ บัฟเฟอร์นี้สามารถทำให้เป็นกลางทั้งผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดและด่าง แต่ความจุของมันเป็นกรดมากกว่าด่าง
คุณสมบัติของเม็ดเลือดแดง
โดยปกติเม็ดเลือดแดงมีค่า pH คงที่ - 7, 25 บัฟเฟอร์ไฮโดรคาร์บอเนตและฟอสเฟตมีผลที่นี่ แต่ในแง่ของอำนาจ ต่างจากผู้ที่อยู่ในสายเลือด ในเซลล์เม็ดเลือดแดง โปรตีนบัฟเฟอร์มีบทบาทพิเศษในการให้ออกซิเจนแก่อวัยวะและเนื้อเยื่อตลอดจนการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากพวกมัน นอกจากนี้ยังรักษาค่า pH ให้คงที่ภายในเม็ดเลือดแดง บัฟเฟอร์โปรตีนในเม็ดเลือดแดงมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับระบบไบคาร์บอเนต เนื่องจากอัตราส่วนของกรดและเกลือที่นี่มีน้อยกว่าในเลือด
ตัวอย่างระบบบัฟเฟอร์
สารละลายของกรดและด่างแก่ซึ่งมีปฏิกิริยาอ่อนๆ มีค่า pH ผันแปร แต่ส่วนผสมของกรดอะซิติกกับเกลือยังคงรักษาค่าที่เสถียร แม้ว่าคุณจะเติมกรดหรือด่างลงไป ความสมดุลของกรด-เบสก็จะไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น ให้พิจารณาบัฟเฟอร์อะซิเตท ซึ่งประกอบด้วยกรด CH3COOH และเกลือของ CH3COO หากคุณเติมกรดแก่ เบสของเกลือจะจับไอออน H + และเปลี่ยนเป็นกรดอะซิติก การลดไอออนของเกลือสมดุลโดยการเพิ่มขึ้นของโมเลกุลของกรด เป็นผลให้มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในอัตราส่วนของกรดต่อเกลือ ดังนั้นค่า pH จึงเปลี่ยนแปลงไปค่อนข้างมองไม่เห็น
กลไกการออกฤทธิ์ของระบบบัฟเฟอร์
เมื่อผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดหรือด่างเข้าสู่กระแสเลือด บัฟเฟอร์จะรักษาค่า pH ให้คงที่จนกว่าผลิตภัณฑ์ที่เข้ามาจะถูกขับออกหรือใช้ในกระบวนการเผาผลาญ บัฟเฟอร์ในเลือดมนุษย์มีสี่บัฟเฟอร์ แต่ละส่วนประกอบด้วยสองส่วน: กรดและเกลือของมัน เช่นเดียวกับด่างที่แรง
ผลของบัฟเฟอร์เกิดจากการจับและทำให้ไอออนเป็นกลางกับองค์ประกอบที่ตรงกัน เนื่องจากในธรรมชาติ ร่างกายส่วนใหญ่ต้องเผชิญกับผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่อยู่ภายใต้การออกซิไดซ์ คุณสมบัติของบัฟเฟอร์จึงต้านกรดได้มากกว่าต้านอัลคาไลน์
ระบบบัฟเฟอร์แต่ละระบบมีหลักการทำงานของตัวเอง เมื่อระดับ pH ลดลงต่ำกว่า 7.0 กิจกรรมที่รุนแรงจะเริ่มขึ้น พวกมันเริ่มจับไอออนไฮโดรเจนอิสระส่วนเกิน ก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่เคลื่อนตัวออกซิเจน ในทางกลับกัน จะเคลื่อนไปยังระบบย่อยอาหาร ปอด ผิวหนัง ไต และอื่นๆ การขนส่งผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดและด่างดังกล่าวมีส่วนช่วยในการขนถ่ายและการขับถ่าย
ในร่างกายมนุษย์ ระบบบัฟเฟอร์สี่ระบบเท่านั้นที่มีบทบาทสำคัญในการรักษาสมดุลของกรด-เบส แต่ก็มีบัฟเฟอร์อื่นๆ เช่น ระบบบัฟเฟอร์อะซิเตตซึ่งมีกรดอ่อน (ผู้ให้) และเกลือของมัน (ตัวรับ) ความสามารถของกลไกเหล่านี้เพื่อต้านทานการเปลี่ยนแปลงของ pH เมื่อกรดหรือเกลือเข้าสู่กระแสเลือดจำกัด โดยจะรักษาสมดุลของกรด-เบสก็ต่อเมื่อมีกรดหรือด่างแก่ในปริมาณที่กำหนดเท่านั้น หากเกินค่า pH จะเปลี่ยนไปอย่างมาก ระบบบัฟเฟอร์จะหยุดทำงาน
ประสิทธิภาพบัฟเฟอร์
สารกันบูดของเลือดและเม็ดเลือดแดงมีประสิทธิภาพต่างกัน ในระยะหลังจะสูงกว่าเนื่องจากมีบัฟเฟอร์เฮโมโกลบินอยู่ที่นี่ การลดลงของจำนวนไอออนเกิดขึ้นในทิศทางจากเซลล์ไปยังสภาพแวดล้อมระหว่างเซลล์และจากนั้นไปสู่เลือด นี่แสดงให้เห็นว่าเลือดมีความจุบัฟเฟอร์ที่ใหญ่ที่สุด ในขณะที่สภาพแวดล้อมภายในเซลล์มีที่เล็กที่สุด
เมื่อเซลล์ถูกเผาผลาญ กรดจะผ่านเข้าไปในของเหลวคั่นระหว่างหน้า สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ง่ายขึ้นยิ่งปรากฏในเซลล์มากขึ้นเนื่องจากไฮโดรเจนไอออนที่มากเกินไปจะเพิ่มการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ เราทราบการจำแนกประเภทของระบบบัฟเฟอร์แล้ว ในเม็ดเลือดแดง พวกมันมีคุณสมบัติที่มีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากเส้นใยคอลลาเจนยังคงมีบทบาทที่นี่ ซึ่งทำปฏิกิริยาโดยการบวมต่อการสะสมของกรด พวกมันดูดซับและปล่อยเม็ดเลือดแดงจากไฮโดรเจนไอออน ความสามารถนี้เกิดจากคุณสมบัติการดูดซึม
ปฏิกิริยาของบัฟเฟอร์ในร่างกาย
กลไกทั้งหมดที่อยู่ในร่างกายเชื่อมต่อถึงกัน บัฟเฟอร์ของเลือดประกอบด้วยหลายระบบซึ่งมีส่วนช่วยในการรักษาสมดุลของกรดเบสนั้นแตกต่างกัน เมื่อเลือดเข้าสู่ปอดจะได้รับออกซิเจนโดยจับกับฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือดแดง สร้างออกซีเฮโมโกลบิน (กรด) ซึ่งรักษาระดับ pH ด้วยความช่วยเหลือของ carbonic anhydrase ทำให้เลือดในปอดบริสุทธิ์จากคาร์บอนไดออกไซด์แบบคู่ขนานซึ่งในเม็ดเลือดแดงจะถูกนำเสนอในรูปแบบของกรดคาร์บอนิก dibasic และ carbaminohemoglobin ที่อ่อนแอและในเลือด - คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
ด้วยการลดลงของปริมาณกรดคาร์บอนิกไดบาซิกที่อ่อนแอในเม็ดเลือดแดง มันแทรกซึมจากเลือดเข้าสู่เม็ดเลือดแดง และเลือดจะชำระด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นกรดคาร์บอนิก dibasic ที่อ่อนแอจะผ่านจากเซลล์ไปสู่เลือดอย่างต่อเนื่องและแอนไอออนคลอไรด์ที่ไม่ใช้งานจะเข้าสู่เม็ดเลือดแดงจากเลือดเพื่อรักษาความเป็นกลาง ส่งผลให้เซลล์เม็ดเลือดแดงมีความเป็นกรดมากกว่าพลาสมา ระบบบัฟเฟอร์ทั้งหมดได้รับการพิสูจน์โดยอัตราส่วนผู้บริจาคโปรตอนและตัวรับ (4:20) ซึ่งสัมพันธ์กับลักษณะเฉพาะของการเผาผลาญของร่างกายมนุษย์ซึ่งก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดมากกว่าระบบอัลคาไลน์ ตัวบ่งชี้ความจุของบัฟเฟอร์กรดมีความสำคัญมากที่นี่
กระบวนการแลกเปลี่ยนเนื้อเยื่อ
กรด-เบสสมดุลโดยบัฟเฟอร์และการเปลี่ยนแปลงการเผาผลาญในเนื้อเยื่อของร่างกาย ซึ่งได้รับความช่วยเหลือจากกระบวนการทางชีวเคมีและฟิสิกส์เคมี มีส่วนทำให้สูญเสียคุณสมบัติของกรดเบสของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม การจับตัว การก่อตัวของสารประกอบใหม่ที่ถูกขับออกจากร่างกายอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่น กรดแลคติกจำนวนมากถูกขับออกมาเป็นไกลโคเจน กรดอินทรีย์จะถูกทำให้เป็นกลางด้วยเกลือโซเดียม แข็งแกร่งกรดและด่างละลายในไขมัน และกรดอินทรีย์ออกซิไดซ์เพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก
ดังนั้น ระบบบัฟเฟอร์จึงเป็นตัวช่วยแรกในการทำให้สมดุลของกรด-เบสในร่างกายมนุษย์เป็นปกติ ความคงตัวของ pH เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานปกติของโมเลกุลและโครงสร้างทางชีววิทยา อวัยวะและเนื้อเยื่อ ภายใต้สภาวะปกติ กระบวนการบัฟเฟอร์จะรักษาสมดุลระหว่างการแนะนำและการกำจัดไอออนไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งช่วยรักษาระดับ pH ในเลือดให้คงที่
หากมีความล้มเหลวในการทำงานของระบบบัฟเฟอร์ แสดงว่าบุคคลนั้นพัฒนาพยาธิสภาพ เช่น ภาวะด่างหรือกรด ระบบบัฟเฟอร์ทั้งหมดเชื่อมต่อถึงกันและมุ่งเป้าไปที่การรักษาสมดุลกรด-เบสให้คงที่ ร่างกายมนุษย์ผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดจำนวนมากอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเทียบเท่ากับกรดแก่ 30 ลิตร
ความคงตัวของปฏิกิริยาภายในร่างกายมาจากบัฟเฟอร์อันทรงพลัง ได้แก่ ฟอสเฟต โปรตีน เฮโมโกลบิน และไบคาร์บอเนต มีระบบบัฟเฟอร์อื่น ๆ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นระบบหลักและจำเป็นที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิต หากไม่ได้รับความช่วยเหลือ คนๆ นั้นจะพัฒนาพยาธิสภาพต่างๆ ที่อาจนำไปสู่อาการโคม่าหรือเสียชีวิตได้
