Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ VI. БІОХІМІЯ ФІЗІОЛОГІЧНИХ ФУНКЦІЙ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ ТКАНИН

ГЛАВА 28. БІОХІМІЯ І ПАТОБІОХІМІЯ КРОВІ

28.3. КИСЛОТНО-ОСНОВНИИ СТАН. БУФЕРНІ СИСТЕМИ КРОВІ

Кров відіграє значну роль у підтриманні кислотно-лужного гомеостазу, тобто певного співвідношення між концентраціями водневих та гідроксильних іонів у біологічних рідинах. У крові здорової людини підтримується стала концентрація водневих іонів, що складає в артеріальній плазмі 10^-7,36, або pH = 7,36, тобто реакція нормальної крові є слабколужною.

Регуляція кислотно-основного стану (КОС) або кислотно-лужного балансу в організмі здійснюється за участю буферних систем крові та функціонування легенів і нирок. Буферні системи — це суміші слабких кислот з солями цих кислот та сильних лугів, що нейтралізують, відповідно, луги та кислоти, які можуть накопичуватися в організмі під час обміну речовин, протидіючи тим самим відхиленням pH від фізіологічного рівня.

pH будь-якої буферної системи можна розрахувати за рівнянням:

Буферні системи крові

До буферних систем організму належать: бікарбонатна система, фосфатна система, система білків плазми крові, система гемоглобін-оксигемоглобін. Найбільше значення для підтримання кислотно-лужного балансу крові та всього організму мають бікарбонатна буферна система та система гемоглобіну.

Бікарбонатна буферна система складається з вільної вугільної кислоти (у вигляді діоксиду вуглецю), що розчинена в плазмі та еритроцитах, та розчинених бікарбонатів — натрію (в плазмі) та калію (в еритроцитах).

Кислотність у бікарбонатній системі може бути розрахована за рівнянням Гендерсона-Хассельбаха:

Існує стале співідношення між концентрацією в плазмі крові діоксиду вуглецю та бікарбонату натрію:

тобто вміст бікарбонатів перевищує вміст вільної вуглекислоти у 18-20 разів, що і зумовлює деяку лужність крові. Запас бікарбонатів у крові (тобто хімічно зв’язана вуглекислота) отримав назву лужного резерву крові, що є важливим біохімічним компонентом, який протидіє зсувам pH крові в кислий бік при накопиченні в організмі кислих продуктів, наприклад, молочної кислоти за умов важкої фізичної праці.

Зниження лужного резерву крові, що відбувається за рахунок нейтралізації кислот бікарбонатами, супроводжується утворенням еквівалентної кількості H₂CO₃, яка, проте, не накопичується в крові, а швидко розкладається на воду та діоксид вуглецю, що виділяється легенями. Співвідношення між концентраціями вуглекислоти та бікарбонатів при цьому залишається сталим. Таким чином, включення додаткового фізіологічного механізму (легенева вентиляція, що регулює обмін газів між кров’ю та альвеолярним повітрям) сприяє утриманню pH крові на фізіологічному рівні навіть за умов накопичення кислих метаболітів та зниження лужного резерву.

Буферна система гемоглобіну

Здатність гемоглобіну та оксигемоглобіну бути компонентами відповідних буферних систем пов’язана з їх властивостями як кислот, що здатні утворювати в еритроцитах нестійкі калієві солі.

Калієва сіль гемоглобіну (KHb) в тканинних капілярах може взаємодіяти з вугільною кислотою (а також іншими кислими метаболітами), утворюючи вільний гемоглобін-кислоту (HHb) та сіль відповідної кислоти. Оксигемоглобін, що присутній в артеріальній крові, є більш сильною кислотою, ніж гемоглобін, і його калієва сіль може розкладати бікарбонати з утворенням вугільної кислоти, яка виділяється легенями у формі СО, (див. вище).

Легені та нирки беруть участь у підтриманні КОС, регулюючи екскрецію або затримку в організмі надлишку кислих або основних продуктів метаболізму. Зокрема, виділення легенями діоксиду вуглецю під час дихання протидіє накопиченню в крові кислих еквівалентів. Нирки здатні як до екскреції кислих (кислі фосфати тощо) або лужних продуктів (Na₂HPO₄, іонів амонію), так і до затримання лужних еквівалентів шляхом реабсорбції бікарбонатів.

Порушення кислотно-лужного балансу — патологічні стани, що характеризуються надмірним накопиченням в організмі кислих (ацидоз) або лужних (алкалоз) сполук.

Залежно від біохімічних та патофізіологічних механізмів розвитку, розрізняють такі форми порушень кислотно-лужного балансу:

- метаболічний ацидоз — характеризується зменшенням концентрації HCO₃^- внаслідок накопичення в організмі кислот або втрати лугів;

- метаболічний алкалоз — характеризується підвищенням концентрації HCO₃^- внаслідок втрат організмом кислот або, рідше, накопиченням лугів;

- респіраторний ацидоз — є результатом зростання концентрації вугільної кислоти внаслідок порушення виділення CO₂ легенями;

- респіраторний алкалоз — характеризується зниженням вмісту в крові вугільної кислоти внаслідок легеневої гіпервентиляції та підвищеного виділення СО₂.