Гомеопатические механизмы.

К физико-химическим механизмам кислотно-щелочного гомеоста-зиса относятся буферные системы внутренней среды организма и тканевые гомеостатические обменные процессы.

Буферные системы внутренней среды организма.Основными бу­ферными системами внутриклеточной, межклеточной жидкости и крови являются • бикарбонатная, - фосфатная и белковая буферная система, причем из последней для крови особо выделяют гемогло­бин овый буфер.

Наибольшее значение для поддержания рН межклеточной жидкости и плазмы крови имеет бикарбонатная буферная сис­тема. Угольная кислота в плазме и межклеточной жидкости присутствует в четырех формах: физически растворенного угле­кислого газа (СО₂), угольной кислоты (Н₂СО,), аниона карбо­ната (СО₃^2-) и аниона бикарбоната (НСО₃). В условиях физио­логического диапазона рН больше всего содержание бикарбона­та, примерно в 20 раз меньше содержание растворенного угле­кислого газа и угольной кислоты, а ион карбоната практически отсутствует. Бикарбонат представлен в виде натриевых и кали­евых солей. Как уже указывалось выше, константа диссоциации (К) есть отношение:

532

а для бикарбоната

Анион НСО₃ является общим как для кислоты, так и для соли, а соль диссоциирует сильнее, поэтому этот анион, образуясь из бикарбоната, будет подавлять диссоциацию угольной кислоты, т.е. практически все количество аниона НСО₃ в бикарбонатном буфере происходит из NaHCO₃. Следовательно:

(формула Гендерсона, где К — константа диссоциации угольной кислоты). В связи с использованием отрицательного логарифма кон­центрации, формула, названная уравнением Гендерсона-Гассгльбаха, для бикарбонатного буфера приняла выражение:

При физиологических значениях рН отношение концентрации углекислоты к бикарбонату составляет 1/20 (рис.13.1).

Рис.13.1. Кислотно-щелочное состояние.

Весы изображают соотношение кислота/основание или дыхатель­ная/недыхательная компоненты уравнения Гендерсона-Гассельбаха в норме (1/20) и его сдвиги, ведущие к смещению в сторону алкалоза или ацидоза.

533

В условиях взаимодействия бикарбонатного буфера с кислотами происходит их нейтрализация с образованием слабой угольной кис­лоты. Углекислый газ, появляющийся при ее разложении, удаляется через легкие. Избыток оснований, взаимодействуя с бикарбонатным буфером, связывается с угольной кислотой и приводит в конченом счете к образованию бикарбоната, излишки которого удаляются, в свою очередь, из .крови через почки.

Другой буферной системой плазмы крови является фосфатная буферная система. Она образована одно- и двузамещенными сло­ями фосфорной кислоты, где однозамещенные соли являются сла­быми кислотами, а двузамещенные — имеют заметные щелочные свойства. Уравнение для фосфатного буфера следующее:

Двухосновной фосфатной соли содержится в плазме в 4 раза больше, чем кислой одноосновной. Общим анионом в этой системе является НРО₄. Ее буферная емкость меньше, чем бикарбонатной, т.к. и фосфатов в крови содержится меньше, чем бикарбонатов. Принцип действия фосфатного буфера аналогичен бикарбонатному, хотя роль его в крови мала и, в основном, сводится к поддержанию концентрации бикарбоната при реакции буфера с избытком угольнойкислоты. В то же время в клетках и, особенно, при почечной компенсации кислотно-щелочного сдвига, значение фосфатного бу­фера велико.

Третьей буферной системой крови, клеток и межклеточной жид­кости являются белковая. Белки выполняют буферную роль из-за их амфотерности, а характер их диссоциации зависит от природы белка и актуальной реакции внутренней среды. При этом глобулины об­ладают более выраженной кислой диссоциацией, т.е. отщепляют больше протонов, чем гидроксильных ионов, и соответственно иг­рают большую роль в нейтрализации щелочей. Белки, содержащие много диаминокислот, диссоциируют больше как щелочи, и поэтому в большей мере нейтрализуют кислоты.Буферная емкость белков плазмы крови сравнительно с бикарбонатной системой невелика, однако в тканях ее роль может быть очень высокой.

Наибольшую буферную емкость крови обеспечивает гемоглобиновая буферная система. Содержащаяся, в гемоглобине человека амино­кислота гистидин (до 8,1%) имеет в своей структуре как кислые (СООН), так и основные (NH₂) группы. Константа диссоциации у гемоглобина ниже, чем рН крови, поэтому гемоглобин диссоциирует как кислота. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем редуцированный гемоглобин. При диссоциации оксигемоглобина в капиллярах тканей с отдачей кислорода появляется большее коли­чество щелочно- реагирующих солей гемоглобина, способных связы­вать Н-ионы, поступающие из кислот тканевой жидкости, напри­мер, угольной кислоты. Оксигемоглобин обычно представляет собой калиевую соль. При взаимодействии кислот с калиевой солью ок­сигемоглобина образуется соответствующая калиевая соль кислоты и

534

свободный гемоглобин со свойствами очень слабой кислоты. Гемог­лобин в тканевых капиллярах связывает углекислый газ за счет аминогрупп, образуя карбгемоглобин:

НВ- NH₂+CO₂ —»НВ- NHCOOH.

Для кислотно-щелочного гомеостазиса важное значение имеет также обмен анионов СГ и НСО₃ между плазмой и эритроцитами. Если в плазме крови увеличивается концентрация углекислоты, то образующийся при диссоциации NaCl анион СГ входит в эритро­циты, где образует КС1, а ион Na⁺, для которого мембрана эрит­роцита непроницаема соединяется с избытком НСО₃ , образуя би­карбонат натрия, восполняя его убыль в бикарбонатном буфере. При снижении концентрации углекислоты в бикарбонатном буфере про­исходит обратный процесс — анионы С1 выходят из эритроцитов и соединяются с избытком Na⁺, освободившимся из бикарбоната, этим следовательно предотвращается ощелачивание плазмы.

Буферные системы плазмы крови и эритроцитов имеют разную относительную эффективность. Так, эффективность буферных сис­тем эритроцитов выше (за счет гемоглобинового буфера), чем плаз­мы крови (табл. 13.2).

Известно уменьшение концентрации Н-ионов в направлении клетка — межклеточная среда — кровь. Это свидетельствует о том, что наибольшую буферную емкость имеет кровь, а наименьшую внутриклеточная среда. Образуемые в клетках при метаболизме кис­лоты поступают в межклеточную жидкость тем легче, чем больше их образуется в клетках, так как избыток Н-ионов повышает прони­цаемость клеточной мембраны. В буферных свойствах межклеточной среды играет роль соединительная ткань, особенно коллагеновые волокна, известные как "ацидофильные". На минимальное накопле­ние кислот они реагируют набуханием, поглощая очень быстро кислоту и освобождая от Н-ионов межклеточную жидкость. Эта способность коллагена объясняется свойством абсорбции.

Таблица 13.2.

Относительная эффективность буферных систем крови

Тканевые гомеостатические обменные процессы.Кислотно-щелочное состояние поддерживается в пределах физиологичес­ких значений рН и путем метаболических превращений в тка­нях. Это достигается за счет совокупности биохимических и физико-химических процессов, которые обеспечивают: 1) поте­рю кислотных и щелочных свойств продуктов обмена веществ, 2) их связывание в средах, препятствующих диссоциации, 3)

образование новых, более легко нейтрализуемых и выводимых из организма соединений.

Так, например, органические кислоты могут соединяться с про­дуктами белкового обмена (бензойная кислота с глицином) и тем самым терять кислые свойства. Избыток молочной кислоты ресин-тезируется в гликоген, кетоновых тел — в высшие жирные кислоты и жиры. Неорганические кислоты нейтрализуются солями калия, натрия, освобождающимися при дезаминировании аминокислот, ам­миаком, образующим аммонийные соли. В опытах на собаках с удаленными почками (для исключения их роли) показано, что после внутривенного введения кислоты 43% ее количества нейтрализуется бикарбонатом плазмы крови, 36% нейтрализуются за счет клеточного натрия, а 15% — за счет выходящего из клеток калия. Основания нейтрализуются преимущественно молочной кислотой, образуемой из гликогена при ощелачивании микроокружения клеток.

В поддержании внутриклеточного рН играет роль обмен про­изводных имидазола и его изомера пиразола. Особенности пя-тичленного кольца этих соединений определяют их амфотерные свойства, т.е. способность быть одновременно и донатором, и акцептором протонов. Имизадол способен очень быстро обра­зовывать соли с сильными кислотами и щелочными металлами. Наиболее распространенным соединением имидазола является а-аминокислота гистидин, участвующая в кислотном и основ­ном катализе.

Сильные кислоты и щелочи могут растворяться в липидах, обла­дающих низкой диэлектрической константой, что препятствует их диссоциации. Наконец, органические кислоты могуг подвергаться окислению с образованием летучей слабой угольной кислоты.