Механика борьбы организма с закислением

Чем защищается наш организм от постоянного натиска кислоты? В этой статье мы делаем обзор работы буферных систем крови, почек, респираторной и калий-натриевой систем.

Буферные системы крови: гемоглобиновый, карбонатныйфосфатныйбелковый · Респираторная система · Почки · Калий-натриевый насос

PH

Из предыдущей статьи мы узнали, что когда в организме появляется лишнее количество кислоты [рСО2] и уровень pH выходит за пределы нормы 7.35-7.45, это негативно влияет на функцию многих систем — особенно дыхательной, сердечно-сосудистой и ЦНС [ 1 ]. В этой среде клетки организма не могут выполнять свою работу должным образом. Поэтому для защиты нежных клеток от разрушительного избытка кислот, организм вынужден постоянно осуществлять их нейтрализацию. Но как он это делает?

Для борьбы с постоянным закислением наш организм обладает несколькими эффективными механизмами. Стоя на страже нашего здоровья, они отслеживают и регулируют уровень pH в крови и организма в целом. В первую очередь это буферные системы — бикарбонатная, гемоглобиновая, фосфатная, белковая и др.; а также респираторной системой и почек, которые связывают избыток ионов водорода и контролируют их дальнейшие перемещения в организме. Сперва рассмотрим действие буферных систем крови.

Буферные системы крови [ 2 ]

Гемоглобиновый буфер

Находится в эритроцитах и представлен системой «дезоксигемоглобин-оксигемоглобин». При накоплении в эритроцитах избытка ионов Н+ дезоксигемоглобин, теряя ион калия, присоединяет к себе Н+. Этот процесс происходит в период прохождения эритроцита по тканевым капиллярам, благодаря чему не возникает закисления среды, несмотря на поступление в кровь большого количества угольной кислоты (СО2). В результате повышения парциального напряжения кислорода в легочных капиллярах гемоглобин присоединяет кислород, отдавая ионы водорода, которые используются для образования угольной кислоты и в дальнейшем выделяется через легкие в составе воды.

Карбонатный буфер

Представлен бикарбонатом (гидрокарбонатом) натрия и угольной кислотой (NaHCO32СO3). В норме их соотношение должно быть 20:1, а уровень бикарбонатов — в пределах 24 ммоль/л. При появлении в крови избытка ионов водорода в реакцию вступает бикарбонат натрия, в результате чего образуется нейтральная соль и угольная кислота, происходит замена сильной кислоты (хорошо делящейся на анион и ионы водорода) на более слабую кислоту (она слабее распадается на анион и ион водорода), какой является угольная кислота. Избыток угольной кислоты выделяется легкими.

При появлении в крови избытка щелочи или щелочного продукта в реакцию вступает второй компонент бикарбонатного буфера — угольная кислота, в результате чего образуется бикарбонат натрия и вода. Избыток бикарбоната натрия удаляется через почки. Таким образом, благодаря легким и почкам соотношение между бикарбонатом и угольной кислотой поддерживается на постоянном уровне, равном 20:1.

Кстати, это соотношение свидетельствует о том, что щелочной компонент буфера (или щелочной резерв) должен быть больше кислотного резерва, так как вероятность образования в организме кислых продуктов намного выше, чем образование щелочных продуктов. В клинической практике бикарбонатный буфер широко используется для коррекции нарушения кислотно-щелочного равновесия. Подробно о бикарбонатном буфере в следующей главе.

Фосфатный буфер

Представлен солями фосфорной кислоты, двух- и однозамещенным натрием (NаНРO4 и NaН2РO4) в соотношении 4:1. При появлении в среде кислого продукта образуется однозамешенный фосфат NaН2РO4— менее кислый продукт, а при защелачивании образуется двузамещенный фосфат NаНРO4. Избыток каждого компонента фосфатного буфера выводится с мочой.

Белковый буфер

За счет наличия в составе белков плазмы щелочных и кислых аминокислот белок связывает свободные ионы водорода, т.е. препятствует закислению среды; одновременно он способен сохранить рН среды при ее защелачивании.

В эритроцитах действуют все четыре буферные системы, в плазме — три (отсутствует гемоглобиновая система), а в клетках различных тканей основная роль в поддержании рН принадлежит белковой (точнее имидазол-протеиновой) и фосфатной системам.

Респираторная система

Когда рН внеклеточной жидкости падает ниже нормы из-за уменьшения [НСО3-], организм увеличивает глубину и частоту дыхания (гипервентиляция). Это снижает альвеолярный рСO2 и, следовательно, внеклеточную угольную кислоту [Н2СO3], а соотношение [НСО3-] / [Н2СO3] возвращается к нормальной величине 20 : 1 что и выравнивает рН.

Шагу 0,01 рН соответствует разница 1,6 мм рт. ст., 0,23 % рСO2 в альвеолярном воздухе. В результате уровень углекислого газа в артериальной крови может уменьшится на 10 – 15 мм рт.ст. Увеличение рН в крови наступает через 5 – 20 с после начала гипервентиляции.

Когда концентрация ионов водорода [Н+] или напряжение углекислого газа [СO2] в плазме снижается (углекислый газ является кислым по своей природе), организм дает команду регулирующему нервному центру на нормализацию дыхания.

Почки

Но полного возвращения к норме pH не произошло бы, если бы только был этот регуляторный механизм, поскольку респираторная система медленнее, чем буферная, а её компенсаторное действие – краткосрочное. Долгосрочная корректировка кислотно-щелочного баланса осуществляется за счёт работы почек.

В то время как дыхательный механизм компенсирует нарушения кислотно-щелочного равновесия путем регуляции [Н2СO3] во внеклеточной жидкости, почки участвуют в контроле рН путем регуляции [НСО3-].

Почки способны связывать ионы водорода аммиаком, что поддерживает рН крови. При избытке ионов водорода эпителий почечных канальцев выделяет в просвет канальца Н+ в форме либо недиссоциированной кислоты, либо [NH4+]. Одновременно в эпителии канальцев усиливается образование аммиака из аминокислот, в том числе из глутаминовой. Аммиак секретируется в просвет канальца, где связывает ионы водорода и превращается в аммоний, который не способен реабсорбироваться и поэтому выводится с мочой. [ 3 ] Из-за выведения почками лишней кислоты уровень pH урины после еды значительно снижается, так как концентрация ионов водорода в моче повышается.

При нарушении секреторной и реабсорбционной функций почек, в значительной степени снижается способность организма к поддержанию кислотно-щелочного равновесия.

Калий-натриевый насос [ 4 ]

Есть данные о том, что одновременно с этими механизмами, компенсирующими колебания рН во внеклеточной жидкости, срабатывает и «калий-натриевый насос». Мышечные клетки, клетки эпителия почечных канальцев, а возможно, и все другие клетки обладают ионообменным механизмом, который осуществляет обмен через клеточную мембрану либо К+, либо Н+, либо обоих этих ионов на Na+. Благодаря этому обмену содержимое клетки может участвовать в поддержании внеклеточного рН.

При увеличении внеклеточной [НСО3-], [Na+] поступает в клетки в обмен на [Н+] и [К+]. Протоны реагируют с внеклеточными [НСО3-], и образующийся [СO2] удаляется с выдыхаемым воздухом, [К+] выделяется с мочой вместе с эквивалентным количеством [НСО3-]. При уменьшении рН [Na+] выходит из клетки, а ионы [Н+] [К+] входят в нее.

Если скорость накопления кислот оказывается выше, чем способность буферных систем к их нейтрализации, выведению с мочой или компенсировании дыханием, в этом случае понижение pH грозит тяжелыми последствиями, вплоть до гибели.

###

GO

Вот так выглядит арсенал нашего организма, который призван сопротивлятся закислению организма. Главным механизмом, который призван корректировать рН организма и возвращать его в норму, является бикарбонатная буферная система. Именно от её благополучной работы зависит здоровье и благополучие организма.

В следующей статье мы подробно разберем механику работы бикарбонатного буфера.

ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ

Используемые в статье источники:

[ 1 ] Руководство по физиологии, Nunn, 1993

[ 2 ] Агаджанян Н.А, Тель Л.З, Циркин В.И, Чеснокова С.А. Физиология человека. Изд. Медицинская книга, 2009. ISBN 978-5-86093-061-2

3 ] Там же.

4 ] В. А. Казаринов. Бутейко К.П. Метод Бутейко: Опыт внедрения в медицинскую практику. Сборник / Сост. К. П. Бутейко.— М.: Патриот, 1990.— 224 с ББК 54.1 М54

Поиск по тегам: 

На Главную