BLOOD BUFFER SYSTEMS (LECTURE)

  • M.V. Shevryakov
Keywords: homeostasis, hemoglobin, blood, acid-liquid equilibrium

Abstract

This lecture is devoted to theoretical foundations of blood buffer systems functioning. Biochemical aspects and physiological activity of phosphate, hydrogen carbonate buffer and its combined activity with hemoglobin buffer, which ensures stability of blood pH, are presented. Chemical reactions to achieve the required blood pH are investigated. The combination of buffer properties, one of the components of which is CO2 gas and autonomous self-regulation by intracellular hemoglobin ensures the blood plasma pH constancy. Stabilizing systems are considered - the respiratory apparatus and kidneys, which create the possibility of maintaining the stability of extracellular fluid pH. Respiratory acidosis, alkalosis, metabolic acidosis are considered on the biochemical level. This article presents information about hemoglobin structure: heme structure and globin subunits in different types of hemoglobin. The following mechanisms which provide maximum oxygen saturation of lungs and maximum oxygen emission in the tissues: heme-hemic interaction, Bohr effect and influence of 2,3-diphospho-glycerate connected with haemoglobin, are considered. The protein buffer system has been characterized in the in general. The capacity of the phosphate buffer system has been shown to be close to 1-2% of the whole buffer capacity of the blood and up to 50% of the buffer capacity of urine. The organic phosphates also exhibit buffering activity in the cell. Human and animal organisms can have intracellular pH from 4.5 to 8.5 depending on the type of cells, but the blood pH should be 7.4. This parameter is ensured by the hydrogen carbonate buffer system. Moreover, the blood pH depends not on the absolute concentrations of buffer components but on their ratio. The most powerful is hemoglobin buffer system that accounts for 75% of the whole blood buffer system. For stabilization of buffer capacity, the body uses two other stabilizing systems - the respiratory apparatus and kidneys. At the same time, the compensatory role of the respiratory system has shortcomings. Hyperventilation of lungs causes respiratory alkalosis.  Hypoventilation has a counteracting effect by lowering the pH of the blood. Thus, the blood buffer system is ensured by a complex system that allows the organisms to adapt to changes in the fluid medium and regulate the pH under pathological conditions.

References

1. Абдукадыров КМ, Криволапов ЮА, Мартынкевич ИС, Моисеев СИ. Гематология. Новейший справочник. Москва: Сова; 2004. 928 с.
2. Березов ТТ, Коровкин БФ, Биологическая химия. Учебник. Москва: Медицина; 1990. 528 с.
3. Гонський ЯІ, Максимчук ТП. Біохімія людини. Тернопіль: Укрмедкнига; 2001. 736 с.
4. Дюга Г, Пенни К. Биоорганическая химия. Москва: Мир; 1983. 512 с.
5. Ершов ЮА. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Москва: Высшая школа; 2010. 559 с.
6. Завгородний ИВ, Сыровая АО, Ткачук НМ. Медицинская химия. Учебное пособие. Харьков: Экограф; 2011. 244 с.
7. Калибабчук ВА, Грищенко ЛИ, Галинская ВИ. Медицинская химия. Киев: Медицина; 2008. 400 с.
8. Калібабчук ВО, Чекман ІС, Сирова ГО, Галинська ВІ. Медична хімія: підручник. Київ: ВСВ «Медицина»; 2018. 336 с.
9. Калібабчук ВО, Чекман ІС, Галинська ВІ. Медична хімія: підручник для мед. ЗВО. Київ: ВСВ «Медицина»; 2019. 336 с.
10. Кольман Я, Рем КГ. Наглядная биохимия. Москва: Лаборатория знаний; 2016. 512 с.
11. Ленинджер А. Биохимия. Москва: Мир; 1976. 957 с.
12. Ленский АС, Белавин ИЮ, Быликин СЮ. Биофизическая и бионеорганическая химия. Москва: Медицинское информационное агентство; 2008. 408 с.
13. Мамаев НН, Рябов СИ. Гематология. СПб: СпецЛит; 2008. 99с.
14. Мамаев НН. Гематология: руководство для врачей. СПб: СпецЛит; 2008. 543 с.
15. Марри Р, Греннер Д, Мейес П, Родуелл В. Биохимия человека: в 2 томах. Том 2. Пер. с англ. Москва: Мир; 1993. 415 с.
16. Малер Г, Кордес Ю. Основи биологической химии. Москва: Мир; 1970. 576 с.
17. Мецлер Д. Биохимия. В трех томах. Москва: Мир; 1980. – т. I – 480с.; т. II – 606с.; т. III – 488 с.
18. Мороз АС, Луцевич ДД, Яворська ЛП. Медична хімія. Вінниця: Нова книга; 2008. 776 с.
19. Нельсон Д, Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. Том 1. Строение и катализ. Москва: Лаборатория знаний; 2011. 749 с.
20. Нельсон Д, Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. Том 2. Биоэнергетика и метаболизм. Москва: Лаборатория знаний; 2017. 691 с.
21. Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. Том 3. Пути передачи информации. Москва: Лаборатория знаний; 2020. 451 с.
22. Покровский ВМ., Коротко ГФ. Физиология человека. Москва: Медицина; 2003. 656 с.
23. Радченко ВГ. Основы клинической гематологии. СПб: Диалект; 2003. 304 с.
24. Сыровая АО, Петюнина ВН, Макаров ВА. Буферные системы, их биологическая роль. Харьков: ХНМУ; 2015. 18 с.
25. Сыровая АО, Петюнина ВН, Макаров ВА. Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей. Харьков: ХНМУ; 2015. 31 с.
26. Судаков КВ. Физиология. Основы и функциональные системы: Курс лекцій. Москва: Медицина; 2000. 784 с.
27. Ткаченко БИ. Нормальная физиология человека. Москва: Медицина; 2005. 928 с.
28. Уайт А, Хендлер Ф, Смит Э, Леман И. Основы биохимии. В трех томах. Москва: Мир; 1981. – т. I – 532 c.; т. II – 610 с.; т. III – 726 с.
29. Фирсова СС., Кузина СИ. Нормальная физиология: конспект лекций. Москва: Эксмо; 2007. 160 с.
30. Химия биологически активных природных соединений. Под ред. Преображенского НА, Евстигнеевой РП. Москва: Химия. 1976. 456 с.
Published
2021-06-30
Pages
121-135
Issue
Section
Статті