Кислотно-основное состояние

Кислотно-основное состояние (КОС) организма является одним из важнейших и наиболее стабильных параметров постоянства внутренней среды организма. От соотношения водородных и гидроксильных ионов во внутрен­ней среде организма зависят активность ферментов, интенсивность и направ­ленность окислительно-восстановительных реакций, процессы обмена бел­ков, углеводов и жиров, функции различных органов и систем, проницае­мость биологических мембран. Активность реакции среды влияет на способ­ность гемоглобина связывать кислород и отдавать его тканям.

Активную реакцию среды принято оценивать по содержанию в жидко­стях ионов водорода (рН).

Величина рН является одним из самых «жестких» параметров крови и колеблется у человека в норме в очень узких пределах - 7,35-7,45. Более значительные изменения рН крови связаны с патологическими нарушениями обмена веществ. В других биологических жидкостях и в клетках рН может отличаться от рН крови. Так, в эритроцитах рН составляет 7,18-7,20, а в моче - 4,5-5,5.

Сдвиг рН крови даже на 0,1 за указанные границы обусловливает нарушение функции сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем; сдвиг на 0,3 может вызвать коматозные состояния, а на 0,4 - зачастую несовмести­мо с жизнью.

Кислотно-основное состояние (КОС) поддерживается буферными системами крови, в его регуляции принимают участие легкие, желудочно-кишечный тракт, почки, печень.

Буферной системой называют смеси, которые обладают способностью препятствовать изменению рН среды при внесении в нее кислот или оснований. Буферными свойствами обладают смеси, которые состоят из слабой кислоты и ее соли, содержащей сильное основание, или из слабого основания и соли сильной кислоты. Наиболее емкими буферными системами крови являются бикарбонатный, фосфатный, белковый и гемоглобиновый. Первые три системы особенно важную роль играют в плазме крови, а гемоглобиновый буфер, самый мощный, действует в эритроцитах.

Бикарбонатный буфер состоит из слабой угольной кислоты Н₂СО₃ и бикарбонатов: NaHCO₃. в плазме и КНСО₃. в клетках. В нормальных усло­виях (при рН крови около 7,4) в плазме бикарбоната в 20 раз больше, чем уг­лекислоты. При образовании в плазме избытка кислореагирующих продук­тов ионы водорода соединяются с анионами бикарбоната (НСОз). Образующийся при этом в плазме избыток углекислоты поступает в эритроциты и там с помощью угольной ангидразы разлагается на углекислый газ и воду. Угле­кислый газ переходит в плазму и удаляется из организма через легкие. Это быстрое преобразование бикарбонатом любой кислоты в угольную, которая легко удаляется легкими, делает бикарбонатный буфер самой лабильной, и самой важной буферной системой.

Бикарбонатный буфер способен нейтрализовать и избыток оснований. В этом случае ионы ОН^- будут связаны углекислотой и вместо самого сильного основания ОН^- образуется менее сильное НСО₃^-, избыток которого в виде бикарбонатных солей выделяется почками.

До тех пор пока количество угольной кислоты и бикарбоната натрия изменяется пропорционально и соотношение между ними сохраняется 1:20, pН крови остается в пределах нормы, поэтому содержание составных частей бикарбонатного буфера является важнейшим показателем кислотно-основного состояния организма.

Фосфатный буфер представлен солями одно- (NaH₂PO₄) и двузамещенных (Na₂HPO₄) фосфатов. Фосфатная буферная система является основной буферной системой клеток. Механизм компенсации сводится к образованию подвижных фосфатов в клетке и фосфорных солей мочи.

При нормальном рН в плазме соотношение фосфатных солей 1:4. Этот буфер имеет значение в почечной регуляции КОС, а также в регуляции реак­ции некоторых тканей. В крови же его действие, главным образом, сводится к поддержанию постоянства и воспроизводства бикарбонатного буфера. Так, при избытке в крови Н₂СО₃ происходит обменная реакция

Н₂СО₃ + Na₂HPO₄ → NaHCO₃ + NaH₂PO₄,

то есть избыток Н₂СО₃ устраняется, а кон­центрация NaHCO₃ увеличивается, поддерживая постоянство отношений компонентов бикарбонатного буфера.

Белковая буферная система является довольно мощным буфером. Бел­ки плазмы крови содержат достаточное количество кислых и основных ради­калов. Поэтому они могут взаимодействовать с основаниями и кислотами.

Гемоглобиновый буфер является самой емкой буферной системой. На
его долю приходится до 75% всей буферной емкости крови. Гемоглобин, как
и другие белки, является амфолитом. Свойства буферной системы гемоглобину придает, главным образом, его способность постоянно находиться в ви­де двух форм - восстановленного (редуцированного) гемоглобина ННb и окисленного (оксигемоглбина) КНЬО₂. Огромная роль гемоглобинового буфера в поддержании постоянства реакции крови при превращении ее из артериальной в венозную, что зависит от его способности особым образом связывать углекислый газ и переносить его к месту выделения – легочным капиллярам, оплетающим альвеолы.

Переход окисленной формы гемоглобина в восстановленную форму предупреждает сдвиг рН в кислую сторону во время контакта крови с тканя­ми, а образование оксигемоглобина в легочных капиллярах предотвращает сдвиг рН в щелочную сторону за счет выхода из эритроцитов СО₂ и иона хлора и образования в них бикарбоната.

При избыточном накоплении щелочных веществ в организме возникает повышенная потребность в угольной кислоте, идущей на нейтрализацию этих щелочей. При уменьшении запасов угольной кислоты падает и концен­трация углекислого газа, при этом интенсивность стимуляции дыхательного центра уменьшается, возникают брадипноэ и гиповентиляция. Это приводит к сохранению газа в организме и восполнению запасов угольной кислоты в крови. Таков физиологический механизм регуляции КОС с участием легких.

Роль почек в регуляции активной реакции крови не менее важна, чем деятельность дыхательной системы. Они действуют медленнее, чем легкие, и чтобы восстановить нарушенное соотношение концентраций компонентов буферных систем, им необходимо примерно 10-12 часов. Почки регулируют концентрацию в крови бикорбаната и выделяют все поступающие в орга­низм или образующиеся в нем нелетучие кислоты. В процессе обмена обра­зуется несколько кислот (преимущественно серная и фосфорная). Их количе­ство обычно не велико - примерно в 100 раз меньше, чем угольной кислоты. Однако выделяются они значительно медленнее и только через почки. Экс­креция кислот при обычной смешанной пище у здорового человека превы­шает выделение оснований, поэтому моча имеет кислую реакцию (рН 5,3-6,5) и концентрация в ней ионов водорода примерно в 800 раз выше, чем в крови. Кислотность мочи возрастает при увеличении экскреции слабых органических кислот - ацетоновых тел, молочной, лимонной и др. Значитель­ное их количество выделяется лишь при очень тяжелых нарушениях кислотно-основного баланса (например, при сахарном диабете), когда рН мочи можем доходить до 4,2-4,4. Почки вырабатывают и выделяют с мочой количество ионов водорода, эквивалентное их количеству, непрерывно поступающему в плазму из клеток организма, совершая при этом замену ионов водорода, секретируемых эпителием канальцев, на ионы натрия первичной мочи.

Регуляция КОС с участием печени осуществляется несколькими путя­ми: 1) окисляет до конечных продуктов недоокисленные вещества крови, от­текающей от кишечника; 2) синтезирует мочевину из азотистых шлаков, и частности, из аммиака и из хлорида аммония, поступающих из желудочно-кишечного тракта в кровь портальной вены; 3) печени присуща выделитель­ная функция, и поэтому при накоплении в организме избыточного количест­ва кислых или щелочных продуктов метаболизма они могут выделяться с желчью в желудочно-кишечный тракт.

Концентрация водородных ионов в крови в некоторой степени зависит также от деятельности желудка и кишечника. Клетки слизистой желудка секретируют соляную кислоту в очень высокой концентрации. При этом из крови ионы хлора выделяются в полость желудка в соединении с ионами во­дорода, образующимися в эпителии желудка с участием карбоангидразы. Вза­мен хлоридов в плазму в процессе желудочной секреции поступает бикарбо­нат. Железы слизистой кишечника секретируют сок, богатый бикарбонатами. Действие этих секреторных механизмов в здоровом организме обычно не выявляется. Однако нарушение всасывания желудочного и кишечного сока (при сильной и длительной потере) вызывает сдвиг кислотно-щелочного состояния.

Таковы основные представления о системе механизмов, которые позво­ляют организму поддерживать относительное постоянство его внутренней среды, несмотря на образование в тканях и поступление извне кислот и осно­ваний. Попадающие в кровь кислоты и основания снижают свою концентра­цию за счет их разведения внеклеточной жидкостью. Далее сразу же проис­ходит связывание избытка кислот или оснований соответственно буферными основаниями или «кислой» частью буферных систем и клеток. Это механизм первой линии защиты. Вторая линия защиты — механизмы дыхательной ком­пенсации, при которой происходит увеличение или угнетение легочной вен­тиляции. Изменение вентиляции соответствующим образом выравнивает со­отношение частей бикарбонатной буферной системы, что способствует вос­становлению рН.

Далее присоединяются более медленно действующие процессы восстановления реакции крови, происходящие, главным образом, с помощью почек

В заключении отметим также, что буферные системы не регулируют рН крови, а лишь уменьшают размах его колебаний. Регулируют рН различные органы и системы, главными из которых являются легкие и почки.

Дата добавления: 2014-01-20