Кислотно-основной баланс

Нормальный рН плазмы поддерживается в пределах от 7,35 до 7,45. Регулирование рН происходит путем изменения выведение СО₂ из легких и, варьирования скорости выделения Н + и НСО₃ ^- в почках.

Кислоты это молекулы, которые выпускают Н + в растворе; основания это ионы или молекулы, которые могут принимать Н +. Сильные кислоты быстро диссоциируют выпуская большое количество Н +, слабые кислоты частично диссоциируют выпуская менее Н +. Сильные основания реагировать быстро и решительно, чтобы нейтрализовать Н +; слабые основания связывают меньше H +. Большинство кислот и оснований организма являются "слабыми". [Н +] во внеклеточной жидкости составляет всего 0,00004 ммоль / л = 40 нмоль /л. Логарифмический рН используется для выражения этих самых малых значений:

рН = -log10 [Н⁺]

Что такое десятичный логарифм?

log10 [Х] =?

Десятичный логарифм Х это степень, в которую нужно возвести цифру 10, чтобы получить число Х.

Например,

log10[0,1]= -1

log10[0,01]= -2

log10[0,001]= -3

log10[0,0001]= -4

-log10[0,0000001]= -7

-log10[10^-7]=7

В обычной воде

[Н⁺] = [ОН^-] = 0,0000001 mol/L = 10^-7 mol/L.

Логарифмически это выражается:

рН = -log10[10^-7]=7

[Н +] во внеклеточной жидкости составляет

40 nmol/L =40 × 10^-9 nmol/L=0,4 × 10^-7 nmol/L

-log10[0,00000004]= -7,4

Несмотря на непрерывное поступление в кровь кислых и щелочных продуктов обмена, рН сохраняется на относительно постоянном уровне благодаря специальным механизмам:

1) буферные системы жидких сред организма, которые немедленно вступают в химическую реакцию с кислотой или щелочью, предотвращая изменения содержания ионов Н+;

2) система дыхания, дыхательный центр которой регулирует выведение СО₂ легкими (следовательно, Н₂СО₃) из внеклеточной жидкости;

3) почки, которые способны выделять кислую или щелочную мочу, компенсируя таким образом состояние развившегося ацидоза или алкалоза.

При изменениях содержания протонов буферные системы за доли секунды вносят коррективы, сглаживая последствия подобных вмешательств. Буферные системы не выводят протоны и не увеличивают их содержания в организме, они связывают Н+ до тех пор, пока не восстановится кислотно-щелочное равновесие. Если все же возникает сдвиг активной реакции в кислую сторону, то это состояние называют ацидозом, в щелочную – алколозом.

Буферным системам жидкой внутренней среды организма являются – бикарбонатная, гемоглобиновая, фосфатная, карбонатная и белковая.

Гемоглобиновая буферная система. Самая мощная буферная система крови (в 9 раз мощнее бикарбонатной), на долю которой приходится 75 % всей буферной ёмкости крови.

Бикарбонатная система. Мощнейшая и, вместе с тем, самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови, на долю которой приходится около 10 % всей буферной ёмкости крови. Представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из: (1) слабую кислоту Н2СО3; (2) соль бикарбоната, например NaНСОз.

При добавлении к буферу сильной кислоты, например НС1, протоны, поступившие с кислотой (НС1 —> Н+ + Сl-), нейтрализуются НСО3: Н+ + НСО3 -> Н2СО3 -> С02 + Н2О.

В результате формируется больше Н2СО3, что способствует увеличению образования СО₂ и Н₂О. Согласно представленным реакциям, видно, что Н+ сильной кислоты НСl реагирует с НСО₃, образуя слабую кислоту Н₂СО₃, которая распадается на углекислый газ и воду. Избыток СО2 существенным образом стимулирует вентиляцию легких, способствуя высвобождению СО2 из внеклеточной жидкости.

Реакции противоположного направления наблюдаются при добавлении к буферному раствору сильного основания, например едкого натра (NaOH): NaOH + H2CO3 -> NaHCО₃ + H₂О

В этом случае ион ОН- реагирует с Н2СО3, способствуя дополнительному образованию НСОз~. Таким образом, слабое основание NаНСОз замещает сильное NaOH. Одновременно с этим происходит снижение концентрации Н₂СО3 в растворе (поскольку она реагирует с NaOH), что способствует реакции и синтезу новых молекул угольной кислоты из СО₂ с Н₂О: СО₂ + Н2О -> Н₂СО₃ -> НСО₃ + Н+.

В итоге намечается тенденция к снижению уровня СО₂ в плазме, что, в свою очередь, тормозит дыхательный центр и уменьшает выделение СО2. Возникает повышение содержания ионов НСО₃, компенсируемое за счет выделения бикарбонатов почками.

Фосфатная буферная система. Ее значение для внеклеточной жидкости невелико, но эта система играет основную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия в просвете канальцев почки, а также внутриклеточной жидкости. Основными компонентами фосфатной буферной системы являются Н₂РО₄^_ и НРО₄^2-. При добавлении к смеси указанных веществ сильной кислоты, например НС1, протоны связываются основанием НРО₄, преобразуясь в Н₂РО₄:

НСl + Na₂HPО₄ -> NaH₂PО₄ + NaCl.

В результате этой реакции сильная кислота НСl замещается слабой NaH₂P0₄, поэтому рН снижается незначительно.
Добавление к буферной системе сильного основания, например NaOH, связывает ионы ОН с помощью Н₂РО₄-, дополнительно образуя НРО₄ и Н_2J:

NaOH + NaH₂PО4 -> Na₂HPО₄ + H₂0

В этом случае сильное основание NaOH обменивается на более слабое NaH₂PО₄, увеличение рН при этом незначительно.
рК фосфатного буфера составляет 6,8, что близко к нормальному значению рН в жидких средах (7,4). Это позволяет системе действовать в пределах почти максимальной буферной емкости.

Белковая буферная система: В сравнении с другими буферными системами имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия. Белки́ плазмы крови благодаря наличию кислотно-основных групп в молекулах белков (белок—H⁺ — кислота, источник протонов и белок⁻ — сопряжённое основание, акцептор протонов) образуют буферную систему, наиболее эффективную в диапазоне pH=7,2—7,4

Дата добавления: 2015-08-10