Буферные системы плазмы

Занятие 16 (МДФ)

Нарушения электролитного и водного обмена

Теоретическая часть

Свои функции вода выполняет не в чистой форме, а как составная часть водных растворов. Наибольшее значение имеют постоянно растворенные в воде белки, небольшие органические молекулы и неорганические ионы (Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl^-, HCO₃^-, HPO₄^2-). Нарушения обмена воды и электролитов наблюдаются практически у каждого тяжело заболевшего человека. Определение содержания натрия, калия, мочевины и креатинина, нередко вместе с хлоридами и бикарбонатами - наиболее часто запрашиваемый набор биохимических исследований, дающий много информации о состоянии водного и минерального обмена и функции почек.

Концентрация ионов Н⁺ в плазме и в межклеточном пространстве составляет около 40 нМ, что соответствует величине рН 7,40. Постоянство pH внутренней среды организма – один из важнейших принципов функционирования прецизионного механизма регуляции кислотно-основного состояния, так как существенные изменения концентрации прогонов не совместимы с жизнью.

В кровяном русле существует небольшой градиент pH, который является сигналом для клеток крови, в первую очередь эритроцитов, о прохождении по капиллярному руслу. По закону Бора небольшое закисление крови облегчает диссоциацию оксигемоглобина и обеспечивает оксигенацию периферических тканей. Поэтому изменения величины рН 7,40 более, чем на 0,03 единицы (ацидоз или алкалоз) представляет серьезную угрозу для выживания организма. При этом формируется порочный круг нарушений – метаболических и респираторных – которые могут резко ухудшить состояние пациента и даже привести к его гибели.

Кислотно-основной баланс

Происхождение протонов. Существуют два источника протонов — свободные кислоты пищи и серосодержащие аминокислоты белков, полученные с пищей кислоты, например лимонная, аскорбиновая и фосфорная, отдают протоны в кишечном тракте (при щелочном рН). В обеспечение баланса протонов наибольший вклад вносят образующиеся при расщеплении белков аминокислоты метионин и цистеин. В печени атомы серы этих аминокислот окисляются до серной кислоты, которая диссоциирует на сульфат-ион и протоны.

При анаэробном гликолизе в мышцах и эритроцитах глюкоза превращается в молочную кислоту, диссоциация которой приводит к образованию лактата и протонов. Образование кетоновых тел — ацетоуксусной и 3-гидроксимасляной кислот — в печени также приводит к освобождению протонов, избыток кетоновых тел (при голодании, сахарном диабете) ведет к перегрузке буферной системы плазмы и снижению рН (метаболический ацидоз; молочная кислота > лактацидоз, кетоновые тела > кетоацидоз). В нормальных условиях эти кислоты обычно метаболизируют до СО₂ и Н₂О и не влияют на баланс протонов.

Удаление протонов. В почках протоны попадают в мочу за счет активного обмена на Na⁺-ионы. При этом в моче протоны забуфериваются, взаимодействуя с NH₃ и фосфатом.

Буферные системы плазмы

Наиболее важной буферной системой плазмы является бикарбонатный буфер, состоящий из слабой угольной кислоты (рК1 6,1) и ее кислого аниона бикарбоната. Угольная кислота Н₂СО₃ находится в равновесии со своим ангидридом СО₂. Установление равновесия между обеими формами ускоряется ферментом карбонат-дегидратазой ("карбоангидразой"). При рН плазмы концентрации НСО₃- и СО₂ находятся в соотношении 20/1. Растворенный в крови СО₂ равновесно обменивается с СО₂ газовой фазы альвеол легких. Поэтому НСО₃^-/СО₂ -система является эффективной открытой буферной системой. Ускоренное или замедленное дыхание изменяет концентрацию СО₂, что приводит к изменению рН плазмы (дыхательный ацидоз или соответственно алкалоз). Таким образом, легкие могут быстро и действенно влиять на рН плазмы без участия систем удаления прогонов.

Белки плазмы и особенно гемоглобин эритроцитов также способны присоединять протоны, поддерживая постоянство рН. Определенный вклад в буферные свойства крови вносит фосфат.