состояние, которое обеспечивается физиологическими и физико-химическими процессами, составляющими функционально единую систему стабилизации концентрации ионов Н+.
Нормальные величины концентрации ионов Н+ около 40 нмоль/л, что в 106 раз меньше, чем концентрация многих других веществ (глюкоза, липиды, минеральные вещества).
Совместимые с жизнью колебания концентрации ионов Н+ располагаются в пределах 16-160 нмоль/л.
Так как реакции обмена веществ часто связаны с окислением и восстановлением молекул, то в этих реакциях обязательно принимают участие соединения, выступающие в качестве акцептора или донора ионов водорода. Участие других соединений сводится к обеспечению неизменности концентрации ионов водорода в биологических жидкостях.
Стабильность внутриклеточной концентрации Н+ необходима для:
• оптимальной активности ферментов мембран, цитоплазмы и внутриклеточных органелл
• формирования электро-химического градиента мембраны митохондрий на должном уровне и достаточную наработку АТФ в клетке.
Сдвиги концентрации ионов Н+ приводят к изменению активности внутриклеточных ферментов даже в пределах физиологических значений.
Например, ферменты глюконеогенеза в печени более активны при закислении цитоплазмы, что актуально при голодании или мышечной нагрузке, ферменты гликолиза – при обычных рН.
Стабильность внеклеточной концентрации ионов Н+ обеспечивает:
• оптимальную функциональную активность белков плазмы крови и межклеточного пространства (ферменты, транспортные белки),
• растворимость неорганических и органических молекул,
• неспецифическую защиту кожного эпителия,
• отрицательный заряд наружной поверхности мембраны эритроцитов.
При изменении концентрации ионов Н+ в крови активируется компенсационная деятельность двух крупных систем организма:
1. Система химической компенсации
• действие внеклеточных и внутриклеточных буферных систем,
• интенсивность внутриклеточного образования ионов Н+ и НСО3–.
2. Система физиологической компенсации
• легочная вентиляция и удаление СО2,
• почечная экскреция ионов Н+ (ацидогенез, аммониегенез), реабсорбция и синтез НСО3–.
Кислород-связанные показатели
Оксигемоглобин (HbО2) – отражает процентное отношение количества оксигемоглобина (HbО2) к сумме всех гемоглобиновых фракций (общему гемоглобину).
В норме это должно быть 94-97%
Насыщение (сатурация) гемоглобина кислородом (HbOSAT, SО2), представляет собой отношение фракции оксигенированного гемоглобина к тому количеству гемоглобина в крови, который способен транспортировать О2.
Например, насыщение гемоглобина кислородом составляет 95%, величина оксигемоглобина составляет 53%. Это означает, что несмотря на нормальное поступление кислорода, существует некоторая часть гемоглобина, не способная к его связыванию.
Показатель используется при цианозе и эритроцитозе, он помогает различить пониженную оксигенацию крови (например, при заболеваниях легких) и смешивание крови с венозной кровью при артерио-венозном шунте.
Хотя растворенный кислород составляет менее 10% общего кислорода в крови, он находится в динамическом равновесии между кислородом эритроцитов и тканей.
Данный показатель является основным при характеристике гипоксии.
Быстрая компенсация сдвигов рН
Быстрая, т.е. повседневная компенсация сдвигов рН осуществляется за счет т.наз. буферных систем крови.
Буферные системы – это соединения, противодействующие резким изменениям концентрации ионов Н+.
Буферные системы вступают в действие практически моментально, и через несколько минут их эффект достигает максимума возможного.
Существует несколько буферных систем организма – бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая.
Бикарбонатная буферная система
Эта система состоит из бикарбонат-иона (НСО3–) и угольной кислоты (Н2СО3), буферная мощность составляет 65% от общей буферной емкости крови.
В норме отношение HCO3– к H2CO3 равно 20 : 1.
Работа этой системы неразрывно и тесно связана с легкими.
При поступлении в кровь более сильной кислоты, чем угольная, ионы бикарбоната натрия взаимодействуют с ней, происходит реакция обмена и образуется соответствующая соль и угольная кислота.
В результате, благодаря связыванию введенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.
NaНСО3 + Н-Анион > H2CO3 + Na+ + Анион–
При поступлении оснований они реагируют с угольной кислотой и образуют соли бикарбонатов:
H2CO3 + Катион-ОН > Катион+ + HCO3– + Н2О
Возникающий при этом дефицит угольной кислоты компенсируется уменьшением выделения CO2 легкими (и в этот момент мы сами не замечаем как задерживаем дыхание на какое-то время. А еще лучше в этом плане работает регулярная практика задержки дыхания в пранаяме - кумбхака. ALG)
При накоплении угольной кислоты в крови не происходит параллельного значимого увеличения концентрации H2CO3-, т.к. угольная кислота очень плохо диссоциирует (к вопросу о безопасности практики кумбхаки в параняме. Как только дыхание восстанавливается, излишек угольной кислоты тут же удаляется. ALG)
Благодаря работе бикарбонатного буфера концентрация водородных ионов понижается по двум причинам:
• угольная кислота является очень слабой кислотой и плохо диссоциирует
• в крови легких благодаря присутствию в эритроцитах фермента карбоангидразы, угольная кислота быстро расщепляется с образованием CO2, удаляемого с выдыхаемым воздухом:
H2CO3> Н2О + СО2^
(и тоже, получается, сто очков в плюс к дыхательной практике, ведь если легкие работают не на полный объем - как это у нас столь распространено - СО2 выделяется не в полном объеме, и эффективность работы этого важнейшего буфера существенно снижается. ALG)
Кроме эритроцитов, значительная активность карбоангидразы отмечена в эпителии почечных канальцев, клетках слизистой оболочки желудка, коре надпочечников и клетках печени, в незначительных количествах – в центральной нервной системе, поджелудочной железе и других органах.
Фосфатная буферная система
Фосфатная буферная система составляет около 1-2% от всей буферной емкости крови и до 50% буферной емкости мочи.
Она образована дигидрофосфатом (NaH2PO4) и гидрофосфатом (Na2HPO4) натрия.
Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, второе обладает щелочными свойствами.
В норме отношение HРO42– к H2РO4– равно 4 : 1.
При взаимодействии кислот (ионов водорода) с двузамещенным фосфатом натрия (Na2HPO4) натрий вытесняется, образуется натриевая соль дигидрофосфата (H2PO4–). В результате, благодаря связыванию введенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.
HPO42– + Н-Анион > H2PO4– + Анион–
При поступлении оснований избыток ОН– групп нейтрализуется имеющимися в среде Н+, а расход ионов Н+ восполняется повышением диссоциации NaH2PO4.
H2PO4– + Катион-ОН > Катион+ + HPO42– + Н2О
Основное значение фосфатный буфер имеет для регуляции pH интерстициальной жидкости и мочи.
В моче роль его состоит в сбережении бикарбоната натрия за счет дополнительного иона водорода (по сравнению с NaHCO3) в составе выводимого NaH2PO4:
Na2HPO4 + Н2СО3 > NaH2PO4 + NaНСО3
Кислотно-основная реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата, т.к. бикарбонат
