Кислотно-основное равновесие в организме

В организме есть множество соединений, проявляющих кислотные и основные свойства. Для согласованного осуществления биохимических реакций и физиологических процессов в организме поддерживается постоянные значение рН крови, межклеточной жидкости и протоплазмы клеток. Постоянство активной реакции внутренней среды организма называется кислотно-основным равновесием. Оно поддерживается действием буферных систем и физиологическим механизмом регуляции. Компенсация сдвигов кислотно-основного равновесия происходит главным образом в крови, потому что в нее поступают кислые и основные продукты обмена из тканей. В крови функционируют 4 буферные системы – бикарбонатный, фосфатный, белковый и гемоглобиновый.

Бикарбонатный буфер состоит из угольной кислоты и ионов бикарбоната НСО₃^-. Ионы бикарбоната в крови электростатически уравновешены главным образом ионами натрия. Свободной угольной кислоты в крови очень немного. Она присутствует в основном в виде растворенного углекислого газа. Поэтому в расчет берут именно концентрацию углекислого газа в крови. В клинике эту концентрацию выражают как парциальное давление СО₂ в альвеолярном воздухе над кровью, обеспечивающее растворение в крови данного количества газа. Бикарбонатный буфер вне организма в обычном растворе имеет небольшую буферную емкость. Но в организме запас угольной кислоты и ионов бикарбоната постоянно обновляется за счет связывания СО₂, образующегося при окислительных процессах в тканях. Поэтому из всех буферных систем организма бикарбонатный буфер имеет наибольшую динамическую буферную емкость. Угольная кислота быстро удаляется из крови легкими в виде СО₂, так что концентрация ее легко контролируется дыханием, а содержание ионов натрия и бикарбоната контролируется почками. Эти ионы либо задерживаются в организме, либо их выделение усиливается. Поэтому бикарбонатный буфер является посредником, через который физиологические механизмы регуляции воздействуют на все другие буферные системы организма. Ввиду указанных особенностей бикарбонатный буфер играет основную роль в поддержании кислотно-основного равновесия в организме.

Фосфатный буфер состоит из однозамещенного фосфорнокислого натрия, проявляющего свойства слабой кислоты, и двухзамещенного фосфорнокислого натрия, обладающего свойствами слабого основания. Значение фосфатного буфера состоит в том, что он преимущественно участвует в выделении избытка кислых и основных веществ почками. В отличие от бикарбонатного буфера, фосфатная система более консервативна, так как избыточные продукты нейтрализации выводятся через почки и полное восстановление системы происходит через 2-3 суток.

Белковый буфер представлен белками плазмы крови, среди которых наибольшее значение имеет альбумин. Белки относятся к амфолитам, т.е. содержат в своих молекулах как кислые, так и основные группировки атомов. Поэтому они могут связывать и ионы водорода и гидроксила. При рН крови 7,4 большинство белков плазмы заряжены отрицательно и ведут себя как слабые кислоты. Со своими натриевыми солями они образуют буферную систему, обладающей большой емкостью.

В клеточной протоплазме буферное действие также осуществляется в основном за счет собственных белков.

Гемоглобиновая буферная система является сложной буферной системой эритроцитов, которая включает в качестве донора протона две слабые кислоты: гемоглобин и оксигемоглобин. В легких при связывании гемоглобином кислорода отщепляется несколько ионов водорода, то есть при связывании кислорода оксигемоглобин ведет себя как более сильная кислота, чем гемоглобин. При отдаче кислорода в тканях то же количество ионов водорода снова присоединяется к гемоглобину, т.е. есть, он ведет себя как слабое основание. Гемоглобиновый буфер после бикарбонатного наиболее важен для поддержания кислотно-основного равновесия. Он связывает углекислоту в капиллярах тканей и участвует в транспорте ее в легкие, где она удаляется в виде углекислого газа. Тем самым предупреждается подкисление крови из-за поступления в нее углекислоты и ощелачивание крови из-за удаления углекислоты в легких.

В клинической практике многие заболевания сопровождаются нарушениями кислотно-основного равновесия в организме. Сдвиг рН крови на 0,6, т.е. до 6,8 или до 8 приводит к смертельному исходу. По направлению сдвига кислотно-основного равновесия нарушения бывают двух типов – ацидоз и алкалоз. Ацидоз означает избыток кислых или недостаток основных эквивалентов. Алкалоз наоборот это избыток основных или недостаток кислых эквивалентов. Ацидозы развиваются при сахарном диабете, при недостатке кислорода в тканях (при анемиях, сердечной недостаточности, воспалении легких). Алкалозы возникают при заболеваниях, сопровождающее рвотой, а также при передозировки мочегонных средств, при горной болезни, вследствие чрезмерного выделения углекислоты из организма при учащенном дыхании.