Состояния в биосредах организма

В процессе эволюции, в целях стабильного поддержания Н⁺ в биосредах организма в разных условиях его жизнедеятельности, сформировались различные взаимосвязанные системы и механизмы регуляции Н⁺ как в норме, так и при различных видах патологии.

Обычно в нормальных условиях соотношение образующихся в организме кислых продуктов в 20 раз больше, чем оснований. В этой связи в организме преобладают системы, устраняющие избыток кислых продуктов.

Так, чтобы сделать реакцию сыворотки щелочной, к ней необходимо прибавить в несколько десятков (40–70) раз больше едкого натра, чем к дистиллированной воде. А для того, чтобы сделать реакцию сыворотки кислой, к ней необходимо прибавить в несколько сотен (300–400) раз больше хлористоводородной кислоты, чем к дистиллированной воде.

Системы, обеспечивающие нормальный pH биосред, включают химические буферные системы и физиологические механизмы, ответственные за регуляцию КОС.

При сдвигах ионов Н⁺ (как при увеличении, так и при снижении их количества) сначала срабатывают быстродействующие и мощные химические буферные системы плазмы и эритроцитов (гемоглобиновая, гидрокарбонатная, белковая, фосфатная).

Гемоглобиновая буферная система составляет около 75 % всей буферной емкости крови. Гемоглобин, как и другие белки, является амфолитом. Показано, что гемоглобин является более слабой кислотой (примерно в 70 раз), чем оксигемоглобин. Кроме того, Hb поддерживает постоянство pH благодаря связыванию СО₂ и переносу его из ткани в легкие и далее – во внешнюю среду.

Бикарбонатная буферная система составляет примерно 15 % от общей буферной емкости крови. Она представлена угольной кислотой (Н₂СО₃) и бикарбонатом натрия (NaHCO₃). Концентрация водородных ионов в данном буфере равна [H⁺] = K х H₂CO₃/ NaHCO₃ = 1/20, где К – константа диссоциации угольной кислоты. Данная буферная система обеспечивает с одной стороны, образование NaHCO₃, с другой, образование угольной кислоты и распад угольной кислоты под влиянием фермента карбоангидразы до H₂O и CO₂. СО₂ удаляется легкими при выдохе, при этом сдвига pH не происходит.

H⁺ + HCO₃^- ® H₂CO₃ · H₂CO₃ ®H₂O + CO₂

Данная буферная система препятствует сдвигам pH при внесении в биосферу сильных кислот и оснований в результате превращения их либо в слабые кислоты, либо в слабые основания. Бикарбонатный буфер важный индикатор КОС.

Фосфатная буферная система представлена одно- и двузамещенным фосфорнокислым натрием (NaH₂PO₄ и Na₂HPO₄).Первое соединение ведет себя как слабая кислота, второе - как слабое основание. Организовавшиеся в организме и поступившие в кровь кислоты взаимодействуют с Na₂HPO₄, а основания – с NaH₂PO₄. В итоге pH крови сохраняется неизмененным. Фосфаты выполняют буферную роль главным образом во внутриклеточной среде и поддерживают исходное состояние бикарбонатного буфера.

Белки плазмы крови также играют важную роль буферной системы. Обладая амфолитными свойствами, в кислой среде они ведут себя как основания, а в щелочной среде как кислоты. При этом также способствуют предупреждению сдвига pH крови.

Позже (через несколько минут и часов) срабатывают физиологические (органные и системные) механизмы компенсации и устранения сдвигов КОС (осуществляемые легкими, с выдыхаемым воздухом; почками, с мочой; кожей, с потом; печенью и другими органами пищеварительного тракта, с калом).