ет выраженные нарушения со стороны систем дыхания, кровобращения и др; на 0,3

— потерю сознания, на 0,4 — смерть. О рН внеклеточной жидкости судят по концен­ трации Н+ в плазме. Внутриклеточные жидкости изучены в этом отношении гораздо меньше. Предполагают, что они менее щелочные (рН ниже на 0,1—0,3), больше зави­ сят от электролитных сдвигов, и что при одних и тех же условиях реакция внутри— и внеклеточной жидкости может меняться в противоположном направлении. Доступ­ ных методов определения рН внутриклеточных жидкостей нет, а на данном уровне наших знаний и практических возможностей реакция внеклеточных жидкостей пред­ ставляет фон для суждения о внутриклеточных процессах.

Высокая точность и надежность поддержания КЩС были бы невозможны без участия механизмов, реализуемых на клеточном, межклеточном, тканевом (орган­ ном) и организменном уровнях регуляции.

Выделяют два основных механизма, обеспечивающих уравновешивание кислых ионов:

1. Буферные системы организма (бикарбонатная, белковая, фосфатная и гемоглобиновая).

2. Специфические физиологические механизмы регуляции КЩС в органах (лег­ кие, почки, печень, ЖКТ, костная ткань).

Среди физиологических механизмов основное значение имеют дыхательные меха­ низмы (быстро выводят летучие продукты) и почки (обеспечивают более медленное выведение нелетучих веществ).

4.2.1. Буферные системы организма

Буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, со­ стоящую из донатора и акцептора водородных ионов (протонов).

Примечание- Буферными свойствами обладают смеси, состоящие из слабой кислоты (донатор ионов Н*») и соли этой кислоты с сильным основанием (акцептор ионов Н+), или слабого основания с солью силь­ ной кислоты.

Буферные системы в различных биологических жидкостях представлены неодина­ ково. В крови имеются четыре буферные системы:

•гидрокарбонатный (карбонатный) буфер — 53%,

•гемоглобин-оксигемоглобиновый (гемоглобиновый) буфер — 35%,

•протеиновый (белковый) буфер — 7%,

•фосфатная система буферов (фосфатный буфер) — 5%.

Во внутриклеточной жидкости имеются протеиновая, гидрокарбонатная и фос­ фатная буферные системы, во внеклеточной — фосфатная и гидрокарбонатная, в моче -аммонийная и фосфатная.

Гидрокарбонатная буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекул слабой угольной кислоты, играю­

—

щей роль донатора протонов, и бикарбонат-ионов НСО3 , выполняющих роль акцеп­ торов протонов.

Примечание. Гидрокарбонаты во внеклеточной жидкости находятся в виде натриевой соли (NaHCО3), внутри клеток — в виде калиевой соли (КНСО,3) имеющих общий анион НСО3. Анион бикарбоната явля­ ется главным щелочным резервом организма.

Химическая формула гидрокарбонатного буфера: NaHC03/H2CО3, а механизм действия следующий: при ацидозе анионы угольной кислоты (НСО3—) связывают ка­ тионы Н+, при алкалозе — угольная кислота диссоциирует, образуя ионы Н+, необхо­ димые для буферирования избытка основания. Концентрация недиссоциированных

молекул угольной кислоты в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации СО2. Эта буферная система эффективно функционирует при зна­ чении рН около 7,4. Гидрокарбонатный буфер является основным внеклеточным бу­ фером в организме. Это объясняется высокой концентрацией бикарбоната в плазме (24 ммоль/л) и типом системы. Гидрокарбонатный буфер является буферной систе­ мой открытого типа, тесно связанной с функционированием дыхательной системы и почек. Это позволяет быстро удалять через легкие углекислый газ, образующийся при диссоциации угольной кислоты, и регенерировать ион гидрокарбоната в почках. При этом С02 находится в динамическом равновесии с ионами водорода.

Фосфатная буферная система состоит из однозамещенного (донатор Н+) и двузамещенного (акцептор Н+) фосфатов в соотношении1:4. Данный буфер наиболее эффективен при рН=7,2, но способен оказывать влияние в диапазоне от 6,1 до 7,7. Значение этой системы в крови незначительно. Более заметную роль фосфатный бу­ фер играет в регуляции рН внутриклеточной жидкости, где концентрация фосфатов намного выше, чем вне клеток. Важное значение данный буфер имеет в почках, т.к. в почечных канальцах происходит концентрирование буфера и значительное увеличе­ ние его мощности.

Белковая буферная система характеризуется тем же принципом функциониро­ вания, что и гидрокарбонатная. Буферные свойства белков обусловлены таким их свойством как амфотерность, которое проявляется одновременным наличием у них свойств кислот и оснований за счет наличия в молекулах свободных кислотных и ос­ новных групп. Поэтому в кислой среде белки связывают ионы водорода, а в щелочной

— отдают. Данная буферная система имеет большую емкость с эффективным динами­ ческим диапазоном. Особенно важна роль белковой системы как внутриклеточного буфера.

Гемоглобиновая буферная система занимает значительную долю (до 75%) в буфер­ ной емкости крови. Ее функционирование во многом сходно с белковым буфером, что связано с белковой структурой и амфотерными свойствами гемоглобина. Данная система состоит из оксигенированного (НbO2 — донор Н+) и неоксигенированного (ННb — Н+) гемоглобина. В окисленной форме гемоглобин проявляет свои кислот­ ные свойства и способен диссоциировать с отдачей в среду Н+ в 70-80 раз сильнее, чем восстановленный. Взамен отданных ионов водорода он, соответственно, больше связывает ионы калия из КНС03, находящегося внутри эритроцитов. Основная роль гемоглобиновой буферной системы связана с ее участием в транспорте СO2 и кисло­ рода между тканями и легкими (см. Дыхательная регуляция КЩС).

4.2.2. Физиологические механизмы регуляции КЩС

Дыхательная регуляция КЩС представляет собой важнейшее звено в его поддержа­ нии, которое контролирует рСO2 в артериальной крови. Легкие обеспечивают умень­ шение или устранение сдвигов КЩС за счет усиления или ослабления объема альве­ олярной вентиляции.

Количество углекислого газа, выделяющегося через легкие, контролируется дыха­ тельным центром. Регуляция работы дыхательного центра осуществляется с помощью химических факторов (рСO2, рO2, рН), которые действуют на него опосредованно че­ рез специальные хеморецепторы, расположенные в продолговатом мозге и сосудистых рефлексогенных зонах (дуга аорты, каротидный синус). Снижение напряжения СO2 ведет к резкому угнетению инспираторной активности дыхательного центра вплоть до остановки дыхания. Увеличение напряжения СO2 в артериальной крови приводит

кусилению активности дыхательного центра и увеличению вентиляции легких. То же самое происходит при сдвиге рН ниже нормы. Так, при падении рН до 7,0 и ниже, МОД возрастает до 35—40 л. Отсюда можно понять, почему становится столь силь­ ной легочная вентиляция при ацидозе, на фоне сахарного диабета. При повышении температуры тела вентиляционная способность легких также увеличивается; подоб­ ным образом действуют и соли калия, но при быстром повышении концентрации К+ в плазме крови хеморецепторы подавляются и легочная вентиляция снижается. Ды­ хательная регуляция КЩС относится к системе быстрого реагирования и уже через 1-2 мин после изменения альвеолярной вентиляции сдвиги КЩС устраняются или компенсируются. Увеличение вентиляции в 2 раза повышает рН крови примерно на 0,23, а снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН на 0,3-0,4.

С легочным механизмом регуляции КЩС непосредственно связана гидрокарбо­ натная буферная система крови и гемоглобин о вая буферная система эритроцитов (см. рис. 4.1). Общие механизмы их функционирования заключаются в следующем. Пре­ жде всего необходимо отметить, что процессы связывания с гемоглобином O2 , Н+и СO2 взаимозависимы и изменение концентрации одного из этих веществ влияет на связывание гемоглобина с другими (кооперативный эффект гемоглобина). Напри­ мер, связывание Н+иСO2 с гемоглобином снижает его способность связывать кисло­ род. Напротив, соединение О, с гемоглобином снижает его способность связывать Н+ иСO2. В связи с этим в периферических тканях, где концентрация Н+и СO3 высока, способность связывать O2 гемоглобином падает по мере роста первых двух показа­ телей. В капиллярах легких выделение СO2 и повышение рН увеличивают сродство гемоглобина к O2 и вновь образуется его оксигенированная форма. Данное влияние величины рНи рСO2связывание и освобождение кислорода гемоглобином называет­ ся эффектом Бора.

66 НЕОТЛОЖНЫЕ СОСТОЯНИЯ

в периферических тканях способствует связыванию протонов. Анионы НСО— по мере

3

накопления диффундируют в плазму, а взамен из плазмы в эритроцит осуществля­ ется приток ионов хлора (хлоридный сдвиг), который обеспечивает электрическую нейтральность клетки. В данной форме находится основная часть СО2 в артериальной крови (90%). Транспорт СО2 в виде карбаминовых соединений осуществляется за счет его взаимодействия с концевыми аминогруппами белков крови (в основном это ге­ моглобин). Карбаминовые соединения транспортируют около 5% общего количества СОгв артериальной крови.

Необходимо отметить, что в артерио-венозной разнице концентраций СО2 60% приходится на НСО,3 30% — на карбаминовые соединения, 10% — на растворенную форму СО3 . Подобное наличие в крови всех трех форм существования создает равно­ весие между растворенной и связанной формами СО2 .

Выделение СО2 из организма регулируется вышеописанными физиологическими механизмами и зависит от величины минутной альвеолярной вентиляции.

Таким образом, легкие, обеспечивая срочные механизмы поддержания КЩС, яв­ ляются первой линией защиты данного важнейшего параметра гомеостаза. Поэтому необходимо знать, что любые нарушения легочной вентиляции могут вызвать сдвиги КЩС

Почечная регуляция КЩС осуществляется за счет трех основных процессов: ацидогенеза, аммонийгенеза и реабсорбции гидрокарбоната (см. рис. 4.2).

онную кислотность мочи.

Аммониогенез усиливается при значительном закислении мочи и заключается в об­ разовании аммиака из глутамина и других аминокислот в эпителии канальцев почек, который связывается с ионом водорода с образованием иона аммония. Ион аммония, в свою очередь, реагирует в основном с хлором (анион сильной кислоты) и в виде соли NH4C1 выводится с мочой, не снижая ее рН. Важно отметить, что катион аммо­ ния способен замещать значительное количество катионов натрия в моче, которые реабсорбируются в кровь взамен на секретируемые ионы водорода. Данный механизм является одним из путей сохранения гидрокарбоната в организме. Каждый миллимоль Н+, экскретируемый в форме титруемых кислот и (или) ионов аммония (NH4+), добавляет в плазму крови 1 ммоль НСО3 . Ацидоз увеличивает синтез и секрецию ио­ нов аммония в почках, алкалоз — снижает.

Реабсорбция гидрокарбоната в почках является высокоэффективным процессом, достигая в нормальных условиях практически абсолютных значений. При этом филь­ трующийся в клубочках тидрокарбонат при прохождении через канальцы отдает ка­ тион натрия взамен на секретируемые ионы водорода и превращается в угольную кис­ лоту, быстро распадающуюся на СО2 и воду. Поэтому моча при этом не меняет своей реакции. Реабсорбированный катион натрия соединяется с анионом гидрокарбоната и превращается в NaHCО3, который поступает в кровь взамен аналогичной молеку­ лы, вышедшей из крови в мочу в процессе клубочковой фильтрации.

Необходимо отметить, что реакция почек на изменение КЩС организма значи­ тельно более медленная, чем соответствующая реакция легких. Так, стимуляция канальцевой секреции Н+ начинается только через несколько минут после изменения рСО2 вкрови. Стимулирующее действие альдостерона на секрецию Н+в дистальных канальцах проявляется через несколько часов. Реализация других механизмов выве­ дения Н+ почками может потребовать 2-3 дня.

Печень как центральный орган химического гомеостаза организма играет сущест­ венную роль в поддержании КЩС на организменном уровне. Прежде всего, гепатоциты являются поставщиками протеинового буфера крови. В печени происходят все этапы распада белков до образования аммиака, который поступает в орнитиновый цикл для синтеза мочевины. Этот процесс обеспечивает возможность использования аммиака гепатоцитами в качестве буферного основания для нейтрализации кислот, а также поддерживает его нормальный уровень в крови, предотвращающий защелачивание внеклеточной жидкости. Использование печенью в глюконеогенезе органи­ ческих кислот (лактата, пирувата, аминокислот) способствует снижению их концент­ рации в крови и тканевой жидкости. При этом 80% лактата превращается в СО,2 20%

— в глюкозу. Важно отметить, что данные биохимические реакции не только снижают уровень лактата, но и приводят к регенерации главного буферного основания — гидро­ карбоната, истраченного на нейтрализацию лактата во внеклеточной жидкости. Так­ же печень участвует в поддержании КЩС за счет синтеза кетоновых тел и инакти­ вации альдостерона. Кроме вышеуказанных метаболических механизмов регуляции КЩС, определенное значение имеет выделение с желчью ряда кислых и основных продуктов.

Желудочно-кишечный тракт занимает важное место в поддержании постоянства КЩС организма благодаря большой интенсивности процессов поступления и всасы­ вания жидкостей, продуктов питания и электролитов, а также выделения продуктов жизнедеятельности. Потребление растительной пищи способствует ощелачиванию внутренней среды организма, а белковой пищи животного происхождения — ее закислению. Влияние желудка на КЩС связано с вьщелением соляной кислоты в его просвет.

Источник: studfile.net