Биологическое значение концентрации ионов водорода

Важнейшим показателем гомеостаза организма является концентрация ионов водорода (Н⁺) в клетках, плазме и других внеклеточных средах. Величина Н⁺ в последних влияет на конформацию макромолекул, физико-химическое и структурное состояние мембран, интенсивность образования активных форм кислорода, и гидроперекисей, возбудимость, лабильность и проводимость возбудимых тканей, особенно нервных структур, чувствительность рецепторов к ФАВ, гормонам, медиаторам, сродство Hb к кислороду, активность ферментативных реакций и т.д. В нейтральной среде pH равен 7,0. Реакция крови (pH) - жесткая гомеостатическая константа – колеблется в очень малых пределах (от 7,35 до 7,45). Таким образом, кровь является слабощелочной средой.

При pH 7,4 величина ионов Н⁺ во внеклеточной жидкости составляет 40 ·10 ^-9 моль/л.

Даже незначительные отклонения Н⁺ на ±0,2 или даже на ±0,1 от оптимального уровня приводят к быстрым и существенным изменениям метаболических процессов, деятельности ЦНС, гемодинамики, дыхания, деятельности различных тканей, органов, систем и целостного организма. Отклонение pH на 0,3–0,4 от нормального значения приводит к тяжелым расстройствам, вплоть до развития комы. Отклонение свыше ±0,4 обычно приводит к гибели организма.

Количество ионов Н⁺ в биосредах организма определяет их кислотно-основное состояние (КОС) или кислотно-щелочное равновесие (КЩР), или реакцию крови. Величина КОС зависит от содержания в крови кислот, оснований и буферных систем. Интегральным показателем КОС считается величина pH, являющаяся отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионов водорода в биосреде (например, в крови). То есть, pH = -log[H⁺]. Чем больше концентрация H⁺ в биосреде, тем меньше величина pH и наоборот, чем ниже концентрация H⁺ в биосреде, тем выше величина pH.

Постоянство кислотно-основного состояния (КОС) внутренней среды организма, определяющее оптимум активности ферментов и других процессов жизнедеятельности в довольно узком диапазоне рН, является одним из обязательных условий нормального метаболизма, строения и функционирования различных уровней организации организма.

Общеизвестно, что кислотность внутри- и внеклеточной сред зависит, главным образом, от соотношения в этих средах организма концентрации слабых кислот (химических веществ и соединений, способных при диссоциации освобождать протоны, т.е. являться донорами протонов) и слабых оснований (химических веществ и соединений, способных связывать протоны, т.е. являться акцепторами протонов). В связывании протонов важную роль играют слабые основания - анионы слабых кислот (КНСО₃, NаНСО₃, NаН₂РО₄), которые в отличие от сильных кислот и оснований, при растворении ионизируются не полностью.

Можно утверждать, что катионы натрия, калия, кальция и магния, также как и анионы сильных кислот (в том числе хлора) и сильных оснований (ОН) не оказывают непосредственного влияния на кислотность той или иной среды организма, т.к. в разбавленных растворах ионизируются полностью.

При осуществлении разнообразных и взаимосвязанных метаболических процессов, особенно их катаболической стадии, всегда имеется возможность изменения кислотности внутренних сред организма. В частности, в ходе диссимиляции органических поли-, ди- и мономеров и минеральных соединений образуются различные эндогенные кислоты, которые можно разделить на летучие и нелетучие.

К нелетучим кислотам относятся молочная, пировиноградная, b-оксимасляная, ацетоуксусная, серная. Они не способны превращаться в газообразное вещество и не удаляются легкими наружу.

К летучим кислотам относится угольная кислота, продукт диссоциации которой (СО₂) выводится из организма при помощи легких.

Следует напомнить, что конечный продукт метаболизма - СО₂ (летучий ангидрид угольной кислоты), является потенциальным источником протонов.

В ходе метаболических реакций здорового организма интенсивность генерации протонов обычно соответствует скорости нейтрализации их с участием различных буферных систем, либо удаления их из организма с участием органов выделительной системы, что и обеспечивает сохранность неизменного КОС.

Таким образом, КОС - это такое соотношение кислот и оснований в биологических средах организма, которое характеризует их кислотно-основной гомеостаз.

Дата добавления: 2015-03-29