Метаболические кислоты и продукция бикарбонатов

ВВЕДЕНИЕ

Кислотно-основное состояние является одним из важнейших компонентов гомеостаза.

От баланса кислот и оснований зависят возбудимость мембран, активность ферментных систем, течение химических реакций. Оптимальный режим функционирования физиологических процессов реализуется только в ограниченном диапазоне колебаний концентрации ионов водорода плазмы. Многие факторы, в том числе и патологические, могут изменять концентрацию ионов Н⁺ во внеклеточных жидкостях.

Поскольку концентрация ионов водорода в плазме крови очень низка – в норме 40´10^–9 ммоль/л, то ее обычно выражают в единицах рН (power of Hydrogene – сила водорода). Концентрация 40´10^–9 ммоль/л соответствует значению 7,4 в единицах рН. рН представляет собой отрицательный десятичный логарифм (р) концентрации ионов Н⁺ в милиэквивалентах на литр ( ), что соответствует аналогичному количеству ммоль/л. Значение рН, равное 7,0 соответствует концентрации ионов Н⁺ в 10ˉ⁷ (0,0000001) ммоль/л.

рН – один из самых «жестких» параметров крови. В норме колебания рН артериализированной капиллярной крови крайне незначительны: от 7,36 до 7, 44; рН артериальной крови составляет 7,35–7,45; венозной – 7,32–7,42. Отклонение рН за эти границы рассматривается как нарушение КОС. Даже слабо выраженные изменения этого показателя приводят к существенным сдвигам окислительно-восстановительных процессов, изменению активности ферментов, проницаемости клеточных мембран и другим нарушениям, опасным для нормального функционирования организма. Жизнеспособность человека сохраняется при рН крови от 6,8 до 7,7.

На концентрацию ионов водорода в крови влияют многочисленные факторы:

1. экзогенные (пищевые продукты);

2. эндогенные физиологические продукты обмена веществ, например, молочная кислота;

3. экскреция ионов водорода и реабсорбция бикарбонатов в почечных канальцах;

4. выведение бикарбонатов в просвет кишечника и ионов водорода в полость желудка;

5. выделение углекислоты с выдыхаемым воздухом через легкие;

6. уровень оксигенации крови и состояние гемодинамики.

7. эндогенное образование нефизиологических кислот, например, низкомолекулярных жирных кислот при хроническом брожении в кишечнике вследствие дисбактериоза, или в результате постоянного патологического образования кислот при дисфункции органов, например, кетоновые тела при диабете.

ХИМИЯ КИСЛОТ И ОСНОВАНИЙ

Обмен кислот и оснований в организме тесно связан с обменом воды и электролитов. Все эти процессы объединены законом электронейтральности и изоосмолярности. Электронейтральность плазмы сохраняется благодаря постоянному равновесию катионов и анионов. Это означает, что изменение концентрации одного из ионов неизбежно влечет за собой адекватные сдвиги в концентрации других ионов (катионов или анионов). Например, уменьшение содержания хлора приводит либо к увеличению концентрации другого аниона (чаще бикарбоната), либо к соответствующему уменьшению концентрации катиона натрия, главным образом, за счет его выведения из организма.

Рис. 1. Ионный состав плазмы.

Для плазмы крови закон электронейтральности проявляется в том, что концентрация катионов и анионов равна, составляя соответственно по 155 ммоль/л. Следовательно, суммарно осмолярность плазмы (Росм) равна 310 ммоль/л. Из общего количества катионов плазмы на долю натрия приходится 142 ммоль/л. В группе анионов 103 ммоль/л составляют ионы хлора, которые являются более слабыми основаниями по сравнению с бикарбонатами и белками. На долю бикарбонатов и белков приходится соответственно 27 ммоль/л и 15 ммоль/л (рис. 1).

В норме концентрация бикарбоната (НСО₃ˉ) в плазме крови в 20 раз выше, чем угольной кислоты (Н₂СО₃). Именно при таком соотношении НСО₃ˉ и Н₂СО₃ сохраняется рН, равный 7,4. Если изменяется концентрация бикарбоната или углекислоты, меняется их соотношение и происходит сдвиг рН в кислую (ацидоз) или щелочную (алкалоз) сторону. В этих условиях нормализация рН происходит за счет действия ряда компенсаторных регуляторных механизмов, восстанавливающих прежнее соотношение кислот и оснований в плазме крови, а также в различных органах и тканях.

Разность между измеряемыми концентрациями основных катионов (натрий и калий) и анионов (хлор и бикарбонат) плазмы называется анионным интервалом (АИ). Анионный интервал – показатель, в значительной степени отражающий количество образованных и/или задержанных в организме нелетучих кислот.

В норме АИ составляет 16±4 ммоль/л. Увеличение АИ чаще всего связано с накоплением органических кислот (ацидоз) или с гиперпротеинемией. Уменьшение АИ происходит при гипопротеинемии.

Существует несколько вариантов определения АИ, в частности, без добавления в формулу концентрации ионов калия. В этом случае АИ в норме будет равен 12±4 ммоль/л.

МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ И ПРОДУКЦИЯ БИКАРБОНАТОВ

Кислоты постоянно образуются в организме как продукты метаболических процессов. Эти кислоты подразделяются на две группы: летучая кислота Н₂СО₃ и все другие нелетучие кислоты.

Различие между двумя типами кислот связано с тем, что Н₂СО₃ находится в равновесии с летучим газом СО₂, который выводится из организма через дыхательные пути. Концентрация Н₂СО₃, таким образом, определяется внешним дыханием. Нелетучие кислоты (например, серная, соляная, фосфорная) не элиминируются через легкие, нейтрализуются в организме белками или внеклеточными буферами, такими как НСО₃ˉ , а затем экскретируются почками.