Механізми забезпечення сталості рН

Оскільки рН крові є одним із важливих гомеостатичних показників, його підтримка на сталому рівні забезпечується багатьма органами і системами організму.

Першою „ланкою захисту" сталого рН є буферні системи крові. Кожна буферна система складається з двох сполук - слабкої кислоти і спряженої з нею сильної основи. У процесі метаболізму кислих продуктів утворюється більше, ніж лужних, тобто загроза ацидозу в організмі більша. Тому в буферній парі кислота - основа ємність лугів більша і буферні системи більш стійкі до дїї кислот. Так, для зсуву рН у лужний бік до плазми крові потрібно додати у 40 - 70 разів більше NaOH, ніж до води, а для зсуву рН в кислий бік у 300 - 350 разів більша НСL.

У крові існує 4 буферні системи:

1 Гідрокарбонатна.

2 Фосфатна.

3 Гемоглобінова.

4 Білкова.

Гідрокарбонатна буферна система складається з вугільної кислоти - Н₂СО₃ і гідрокарбонату натрію - NaHCO₃ у співвідношенні 1: 20. Принцип її функціонування полягає в такому: при надходженні в кров кислоти (наприклад, молочної, С₃Н₆Оз), яка є більш сильною, ніж вугільна, лужний резерв забезпечує обмін іонами з утворенням вугільної кислоти, яка дисоціює на вуглекислий газ і воду:

СН 3 – СН–СООН + NaHCO 3 CH 3 – CH – COONa + Н 2 CO 3_.

OH ОН CO 2 H 2 O

Молочна кислота

Особливо активно цей процес відбувається в легенях, де СО₂ одразу вивільнюється з організму, що, у свою чергу, забезпечує підтримку рН на сталому рівні і запобігає ацидозу.

У випадку вивільнення в кров лужних продуктів кислотний резерв забезпечує обмін іонами з утворенням бікарбонату і води:

R⁺OH^- + H⁺HCO^- 3 ^- RHCO 3 + H 2 O.

 

RHCO₃ іде на поповнення буфера або вивільнюється через нирки. Зв'язування НСО₃¯ призводить до дефіциту СО₂ і вивільнення його через легені зменшується.

Таким чином, гідрокарбонатний буфер є найбільш мобільним, досить потужним (ємність 13%), тісно пов'язаний з дихальною системою.

Фосфатна буферна система складається з кислої натрієвої солі фосфорної кислоти (NaH₂PO₄) і основної (Nа₂НРО₄) у співвідношенні 1: 4. Вона функціонує за тим самим принципом, що й гідрокарбонатний буфер. У зв'язку з невеликим вмістом у крові фосфатів ємність цієї системи низька (5% загальної ємності).

Гемоглобінобий буфер представлений відновленим гемоглобіном (ННЬ) і калієвою сіллю окисненого гемоглобіну (КНЬО₂).

У капілярах тканин у зв'язку з накопиченням кислих метаболітів виникає загроза закиснення крові, і гемоглобін поводить себе як луг:

КНbO₂ → O₂ + КHb (реакція дезоксигенації).

Гемоглобін, звільнений від кисню, має більшу здатність до приєднання протонів Н⁺:

KHb + HR¯ → HHb + KR¯;

HHb + CO₂ → HHbCO₂;

ННbCО₂ транспортується в легені;

HHbCO₂ → CO₂­ + HHb.

У легенях внаслідок вивільнення СО₂ виникає загроза улужнення крові, і гемоглобін поводить себе як кислота.

HHb: 1) джерело протонів: HHb → H⁺ +Hb¯;

2) сприяє утворенню Н2СО3, яка також

дисоціює з утворенням протонів:

HHb + KHCO3 KHb + H ₂ CO₃.

Н⁺ HCO₃¯

 

Білкова буферна система представлена білками, які в кислому середовищу поводять себе як луги, зв'язуючи кислоти, у лужному, навпаки, реагують як кислоти, зв'язуючи луги. Амфотерність білків визначається амінокислотами, особливо карбоксильними групами і аміногрупами:

 

COOH - джерело Н ⁺

R

NH2 - зв’язує Н⁺

 

Ємність цієї буферної системи становить 7%.

Буферні системи є не тільки в крові, а й у тканинах, де вони зберігають рН на сталому рівні. Основними буферами тканин є білковий і фосфатний буфери.

Слід відзначити, що буферні системи лише викликають зменшення вираженості зсуву рН, але не запобігають повністю його змінам. Тому для ефективної підтримки кислотно-основної рівноваги до них приєднуються інші органи і системи. Для швидкої компенсації рН вмикаються легені за рахунок їх здатності регулювати кількість виділеної вуглекислоти. Компенсаторні реакції нирок у вигляді пригнічення реабсорбції гідрокарбонату, процесів ацидогенезу і амоніогенезу розвиваються поступово через 6-12 годин або навіть днів. У підтримці сталого рН беруть участь й інші органи. Так, потові залози здатні виділяти деякі недоокиснені продукти обміну (молочну кислоту), печінка використовує молочну кислоту крові для біосинтезу глікогену, серце використовує молочну кислоту як окислювальний субстрат.