Физиологические механизмы.

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

1. Бикарбонатная буферная система (10% от буферной емкости крови) представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекул угольной кислоты Н₂СО₃, играющей роль донора протона, и бикарбонат ионов НСО₃^-, играющего роль акцептора. Отношение концентраций Н₂СО₃ и НСО₃^- в крови в норме составляет 1:20. Эта буферная система эффективно функционирует при значениях рН около 7,4.

2. Фосфатная буферная система (только 1% от буферной емкости крови, при этом ее роль в тканях, особенно в почках, весьма существенна). В ее состав входят однозамещенный фосфат Н₂РО₄^- (донор протона) и двузамещенный фосфат НРО₄^2- (акцептор протона), соотношение которых в норме – 1:4. Фосфатный буфер способен оказывать влияние на концентрацию протонов в растворе в диапазоне рН от 6,1 до 7,7, наиболее эффективен при рН = 7,2.

3. Белковая буферная система наиболее эффективна в области значений рН от 7,2 до 7,4. Белки, являясь амфотерными электролитами за счет наличия в составе их молекул свободных кислотных и основных групп, в кислой среде связывают ионы водорода, в щелочной – отдают.

4. Гемоглобиновая буферная система (около 70% буферной емкости крови) состоит из HHb и HHbO₂ (слабые органические кислоты, доноры протонов) и KHb и KHbO₂ (сопряженные основания, акцепторы протонов). Система, состоящая из взаимопревращающихся гемоглобина и оксигемоглобина, функционирует как единое целое.

Физиологические механизмы.

Наряду с мощными и быстродействующими химическими системами в орга­низме функционируют органные механизмы компенсации и устранения сдви­гов КЩР. Для их реализации и достижения необходимого эффекта требуется больше времени — от нескольких минут до нескольких часов. К наиболее эф­фективным физиологическим механизмам регуляции КЩР относят процессы, протекающие в лёгких, почках, печени и ЖКТ.

Лёгкие

Лёгкие обеспечивают устранение или уменьшение сдвигов КЩР путём изме­нения объёма альвеолярной вентиляции. Это достаточно мобильный механизм — уже через 1—2 мин после изменения объёма альвеолярной вентиляции компен­сируются или устраняются сдвиги КЩР.

· Причиной изменения объёма дыхания является прямое или рефлекторное изменение возбудимости нейронов дыхательного центра. Снижение рН в жидкостях организма (плазма крови, СМЖ) является спе­цифическим рефлекторным стимулом увеличения частоты и глубины ды­хательных движений. Вследствие этого лёгкие выделяют избыток С0₂ (об­разующийся при диссоциации угольной кислоты). В результате содержа­ние Н⁺ в плазме крови и других жидкостях организма снижается.

· Повышение рН в жидких средах организма снижает возбудимость инспираторных нейронов дыхательного центра. Это приводит к уменьшению альве­олярной вентиляции и выведению из организма С0₂, т.е. к гиперкапнии. В связи с этим в жидких средах организма возрастает уровень угольной кисло­ты, диссоциирующей с образованием Н⁺, — показатель рН снижается.

Следовательно, система внешнего дыхания довольно быстро (в течение не­скольких минут) способна устранить или уменьшить сдвиги рН и предотвра­тить развитие ацидоза или алкалоза: увеличение вентиляции лёгких в 2 раза повышает рН крови примерно на 0,2; снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН на 0,3-0,4.

Почки

Почки обеспечивают активное выведение из организма с мочой ряда веществ с кислыми или основными свойствами, а также поддерживают концентрацию бикарбонатов крови. К главным механизмам уменьшения или устранения сдви­гов КЩР крови, реализуемых нефронами почек, относят ацидогенез, аммониогенез, секрецию фосфатов и К⁺, Nа⁺- обменный механизм.

· Ацидогенез. Этот энергозависимый процесс, протекающий в эпителии дистальных отделов нефрона и собирательных трубочек, обеспечивает секре­цию в просвет канальцев Н⁺ в обмен на реабсорбируемый Na⁺.Количество секретируемого Н⁺ эквивалентно его количеству, попадающему в кровь с нелетучими кислотами и Н₂С0₃. Реабсорбированный из просвета канальцев в плазму крови Na⁺ участвует в регенерации плазменной гидро­карбонатной буферной системы.

· Аммониогенез, как и ацидогенез, реализует эпителий канальцев нефрона и собирательных трубочек. Аммониогенез осуществляется путём окислитель­ного дезаминирования аминокислот, преимущественно (примерно 2/3) — глутаминовой, в меньшей мере — аланина, аспарагина, лейцина, гистидина. Образующийся при этом аммиак диффундирует в просвет канальцев. Там NH₃⁺ присоединяет ион Н⁺ с образованием иона аммония (NH₄⁺). Ионы NH₄⁺ замещают Na⁺ в солях и выделяются преимущественно в виде NH₄Cl и (NH₄)₂S0₄. В кровь при этом поступает эквивалентное количе­ство гидрокарбоната натрия, обеспечивающего регенерацию гидрокарбо­натной буферной системы.

· Секреция фосфатов осуществляется эпителием дистальных канальцев при участии фосфатной буферной системы. Образующийся гидрокарбонат натрия реабсорбируется в кровь и поддержи­вает гидрокарбонатный буфер, a NaH₂P0₄ выводится из организма с мочой.

· К⁺,Na⁺-обменный механизм, реализуемый в дистальных отделах нефрона и на­чальных участках собирательных трубочек, обеспечивает обмен Na⁺ первич­ной мочи на К⁺, выводящийся в неё эпителиальными клетками. Реабсорбированный Na⁺ в жидких средах организма участвует в регенерации гидрокарбо­натной буферной системы. К⁺,Na⁺-обмен контролируется альдостероном. Более того, альдостерон регулирует (увеличивает) объём секреции и экскреции Н⁺.

Печень

Печень играет существенную роль в компенсации сдвигов КЩР. В ней, с од­ной стороны, действуют общие внутри- и внеклеточные буферные системы (гидрокарбонатная, белковая и др.), с другой стороны, в гепатоцитах осуществ­ляются различные реакции метаболизма, имеющие прямое отношение к устра­нению расстройств КЩР.

· Синтез белков крови, входящих в белковую буферную систему. В печени образуются все альбумины, а также фибриноген, протромбин, проконвертин, проакцелерин, гепарин, ряд глобулинов и ферментов.

· Образование аммиака, способного нейтрализовать кислоты как в самих гепатоцитах, так и в плазме крови и в межклеточной жидкости.

· Синтез глюкозы из неуглеводных веществ — аминокислот, глицерина, лактата, пирувата. Включение этих органических нелетучих кислот при обра­зовании глюкозы обеспечивает снижение их содержания в клетках и био­логических жидкостях. Так, МК, которую многие органы и ткани не спо­собны метаболизировать, в гепатоцитах примерно на 80% трансформируется в Н₂0 и С0₂, а оставшееся количество ресинтезируется в глюкозу. Таким образом, лактат превращается в нейтральные продукты.

· Выведение из организма нелетучих кислот — глюкуроновой и серной при детоксикации продуктов метаболизма и ксенобиотиков.

· Экскреция в кишечник кислых и основных веществ с жёлчью.

Желудок и кишечник

Желудок участвует в демпфировании сдвигов КЩР главным образом путём изменения секреции соляной кислоты: при защелачивании жидких сред организма этот процесс тормозится, а при закислении — усиливается. Ки­шечник способствует уменьшению или устранению сдвигов КЩР посред­ством:

· Секреции кишечного сока, содержащего большое количество гидрокарбо­ната. При этом в плазму крови поступает Н⁺.

· Изменения количества всасываемой жидкости. Это способствует нор­мализации водного и электролитного баланса в клетках, во внеклеточ­ной и других биологических жидкостях и как следствие — нормализа­ции рН.

· Реабсорбции компонентов буферных систем (Na⁺, К⁺, Са²⁺, Сl^-, НС0₃^-).

Поджелудочная железа способствует компенсации сдвигов КЩР при помощи гидрокарбоната. Его секреция увеличивается при алкалозах и уменьшается в условиях ацидоза.

Виды нарушений КЩР

 

Критерии	Виды нарушений КЩР
Направленность изменений [Н+] и рН	Ацидозы, алкалозы
Причины, вызвавшие нарушения КЩР	Эндогенные, экзогенные
Степень компенсированности нарушений КЩР	Компенсированные, субкомпенсированные, некомпенсированные
Причины и механизмы развития нарушений КЩР	Газовые Негазовые: метаболические выделительные (почечные, желудочные, кишечные) экзогенные Смешанные (комбинированные)

АЦИДОЗ И АЛКАЛОЗ

Ацидоз – типовая форма нарушения КЩР, характеризующаяся относительным или абсолютным избытком в организме кислот.

Алкалоз — типовая форма нарушения КЩР, характеризующаяся относительным или абсолютным избытком в организме оснований.