Кислотно-основное равновесие

• Нормальный баланс. Под кислотно–щелочным равновесием (КЩР) понимают регуляцию концентрации ионов водорода (протоны, Н⁺) в жидкостях организма при помощи буферных систем (например, бикарбоната), лёгких и почек. Так как Н⁺ обладают высокой химической активностью, даже небольшое изменение [Н⁺] может привести к значительным нарушениям баланса.

† Концентрация ионов водорода и рН. [Н⁺] в жидкостях организма низка. Поэтому её удобнее выражать в виде показателя рН (обратный логарифм [Н⁺]). рН внеклеточной жидкости поддерживается на уровне около 7,4. Хотя на практике внутриклеточный рН не может быть измерен непосредственно, видимо, он составляет от 6,8 до 7,0.

† Накопление и удаление Н⁺. При нормально протекающих метаболических процессах происходит накопление большого количества угольной кислоты (H₂CO₃) и других (нелетучих) кислот, поступающих в жидкости организма; они должны быть нейтрализованы с помощью буферных систем и удалены.

‡ H₂CO₃. Н⁺ образуются при полном окислении глюкозы и жирных кислот до H₂CO₃. Эта кислота диссоциирует с образованием воды и двуокиси углерода, удаляемой через лёгкие.

‡ Нелетучие кислоты образуются при неполном метаболизме глюкозы и жирных кислот до органических кислот (например, ацетоуксусной и b-оксимасляной), а также при распаде белков. Ежедневно образуется и экскретируется (преимущественно почками) примерно 1 мэкв нелетучих кислот на 1 кг массы тела.

• Уравнение Хендерсона–Хассельбальха. Система бикарбонат–угольная кислота (НСО₃^–/СО₂) — основной буферный компонент внеклеточной жидкости. Нарушения КЩР часто характеризуются изменениями или бикарбонатного компонента (основного), или растворённой двуокиси углерода (кислого компонента) этой буферной пары. Классическое описание КЩР основано на уравнении Хендерсона–Хассельбальха, рассматривающего соотношение трёх переменных — рН, парциального давления двуокиси углерода (pСО₂), концентрации бикарбоната плазмы ([HCO₃^–]) — и двух констант (рК и S) cледующим образом:

Ы Вёрстка Вставить файл «Формула Приложения Уравнение Хендерсона Хассельбаха 1»

где рК — обратный логарифм константы диссоциации угольной кислоты (6,1), а S — константа растворимости двуокиси углерода в плазме (0,03 ммоль/л/мм рт.ст.). В норме [HCO₃^–] плазмы составляет 24 ммоль/л, а pСО₂ артериальной крови 40 мм рт.ст.

Таким образом,

Ы Вёрстка Вставить файл «Формула Приложения Уравнение Хендерсона Хассельбаха 2 Расчет»

• Дыхательная регуляция рСО₂ артериальной крови. Лёгкие обладают способностью задерживать или активизировать выделение СО₂ и таким образом регулировать кислый компонент бикарбонатной буферной системы.

• Почечная регуляция содержания бикарбоната плазмы. Почки при секреции Н⁺ регулируют содержание бикарбоната плазмы за счёт образования нового бикарбоната. Этот процесс восполняет бикарбонат, используемый для нейтрализации кислот, образующихся при незавершённом метаболизме нейтральных пищевых продуктов и при метаболизме кислых продуктов. Существует два важных аспекта метаболизма Н⁺ в почках: реабсорбция ионов бикарбоната и секреция Н⁺.

† Реабсорбция ионов бикарбоната. Примерно 4300 мэкв бикарбоната фильтруется ежедневно через клубочки, бикарбонат практически полностью реабсорбируется в проксимальных канальцах почек. Оставшееся минимальное количество бикарбоната реабсорбируется в дистальных канальцах и собирательных трубочках. Проксимальная канальцевая реабсорбция бикарбоната осуществляется косвенно за счёт следующего процесса.

‡ Отфильтрованный бикарбонат и секретируемый H⁺ в просвете канальца образуют угольную кислоту. Реабсорбция Na⁺ сопряжена с секрецией H⁺, что поддерживает состояние электронейтральности.

‡ Карбоангидраза щёточной каёмки клеток проксимальных канальцев катализирует превращение угольной кислоты в двуокись углерода и воду. Двуокись углерода диффундирует в цитоплазму клеток проксимальных канальцев, где внутриклеточная карбоангидраза катализирует её регидратацию в угольную кислоту.

‡ Бикарбонат, образующийся при диссоциации угольной кислоты, пассивно реабсорбируется в кровь вместе с эквимолярным количеством Na⁺, активно транспортирующегося в кровь. Н⁺, образующийся при диссоциации угольной кислоты внутриклеточно, служит источником дополнительных Н⁺, подлежащих секреции.

‡ Вход Na⁺ в клетку канальца происходит двояко: при пассивной диффузии Cl^– внутрь клетки из просвета канальца и при обмене H⁺ на Na⁺. Конечный результат диффузии Cl^– в клетку и Na⁺-H⁺–обмена — реабсорбция NaCl или бикарбоната натрия соответственно.

† Добавление нового бикарбоната. В дополнение к сохраняемому бикарбонату почки добавляют к плазме новый бикарбонат посредством секреции Н⁺.

‡ Добавление нового бикарбоната касается не столько бикарбоната, реабсорбирующегося в проксимальных канальцах, сколько бикарбоната, накапливающегося внутри клеток дистальных канальцев путём гидратации двуокиси углерода и последующей диссоциации угольной кислоты.

‡ Участие почек в образовании нового бикарбоната сопровождается экскрецией эквивалентного количества кислоты в мочу в виде титруемой кислоты, иона аммония или их обоих.

‡ Образование и секреция титруемой кислоты. Обмен Н⁺ на Na⁺ превращает двухосновный фосфат или сульфат натрия в фильтрате в одноосновный фосфат или сульфат натрия, экскретирующиеся с мочой в виде титруемой кислоты. Вследствие этого Н⁺, секретируемый в дистальные канальцы, может реагировать с фосфатом, а не с бикарбонатом.

‡ Образование и секреция аммиака. В отличие от фосфата, аммиак попадает в просвет канальца не за счёт фильтрации, а за счёт образования в канальцах и секреции. Фактически весь аммиак, проникающий в просвет канальцев, немедленно соединяется с Н⁺ с образованием иона аммония, не обладающего способностью к диффузии вследствие его нерастворимости в жирах. В результате экскреция иона аммония почками приводит к добавлению бикарбоната к плазме.

† Концепция компенсации. Компенсацию можно определить как физиологический ответ на изменение или респираторного, или метаболического (почечного) компонента в КЩР для восстановления нормальной величины рН. Физиологическая компенсация обычно бывает неполной. В уравнении Хендерсона–Хассельбальха изменения в числителе (метаболический компонент) связаны с вторичными изменениями в знаменателе (респираторный компонент), что восстанавливает логарифм отношения в пределах 24:1,2 (т.е. 20:1); в результате рН поддерживается в пределах нормы. И наоборот, изменения респираторного компонента сочетаются с компенсаторными изменениями метаболического компонента, что также поддерживает рН в пределах нормы.