Кислотно-щелочное равновесие крови

 

План :

Ι. Образование и выделение кислот

1. Формирование угольной кислоты

2. Формирование неугольных кислот

3. Способы поддержания концентрации Н⁺ в нормальных пределах

ΙΙ. Ионы водорода и рH

1. Химические основы

2. Представление о рH и концентрации водорода

ΙΙΙ. Буферные свойства крови

1. Гидрокарбонатный буфер

2. Фосфатный буфер`

3. Белковый буфер

4. Гемоглобиновый буфер

5. Буферные основания

lV. Механизмы регуляции рH

1. Участие дыхательной системы

2. Участие почек

3. Ацидоз и алкалоз

4. Оценка КЩР

I.Образование и выделение кислот.

Любой организм образует большое количество кислот в 2ух формах: угольной (летучей ) и в нелетучей (фиксированной) кислотах.

РН жидкостей организма слегка щелочная, поддерживается на уровне 7,4. Большая часть ионов водорода образуется как конечный продукт метаболизма. Пути удаления кислот включают почки, легкие, ЖКТ.

Формирование угольной кислоты

Т.к. диоксид углерода (СО₂) может образовываться из Н₂СО₃ и, далее, СО₂ может удаляться легкими, то Н₂СО₃ называется летучей кислотой.

А) К несчастью, протон-донорно- акцепторная классификация Бренстеда не допускает классификацию СО₂ как кислоты, но углекислый газ функционирует как единственная слабая кислота жидкостей организма.

Б) Большая часть СО₂ извлекается из окислительного метаболизма.

Формирование неугольных кислот.

Гораздо меньше образуется фиксированных кислот, кислот которые называются нелетучими, т.к. они не могут превращаться в СО₂. Неугольные кислоты организм получает из 3ех источников: пища, промежуточный метаболизм и потеря бикарбонатов со стулом.

А) Пища. Богатая белками диета больше способствует образованию кислот, чем щелочей. Такие компоненты пищи, как глюкоза, триглицериды, не являются компонентами в организме, но метабилизируются в СО₂, большинство которого гидратируется в форму Н₂СО₃, которая диссоциирует на Н⁺ и НСО₃^¯ . Растительная пища образует избыток щелочей, которые должны быть выведены почками.

Б) Промежуточный метаболизм. Метаболизм веществ пищи склонен к закислению жидкостей организма. Некоторые продукты обладают ощелачивающим действием. Например, поступление большого количества органических кислот, содержащихся во фруктах (лактат, цитрат, изоцитрат), ведет к защелачиванию жидкостей организма, т.к. в процессе метаболизма эти органические ионы превращаются в СО₂ и Н₂О. А этот процесс ведет к расходу Н⁺. Около 40-60 ммоль органических и неорганических кислот, в образовании которых участвует СО₂, образуются ежедневно. Около половины этих кислот нейтрализуется основаниями, поступающими с пищей, но

остальные должны нейтрализоваться буферными системами организма.

Метаболизм пищевых компонентов - важный источник некарбоновых кислот.

1. Лактат образуется при анаэробном окислении глюкозы или гликогена. В случае физической нагрузки и гипоксии чрезмерное образование молочных кислот приводит к временному увеличению синтеза неорганических кислот.

2. Ацетоацетат и β- гидроксибутират образуются при метаболизме триглицеридов. Это кетоновые тела, которые образуются из неорганических кислот при голодании. После еды ацетоацетат и β-гидроксибутират подвергаются дальнейшему расщеплению до СО₂ и Н₂О.

3. Фосфорная кислота образуется при метаболизме фосфолипидов и служит значительным источником Н⁺.

4. Серные кислоты образуются при распаде белков, содержащих такие аминокислоты, как цистеин, метионин- в которых есть сульфидная группа.  

5. Мочевая кислота - продукт метаболизма нуклеотидов.

C) Потеря НСО₃^¯ со стулом.

Пища содержит органические соли - анионы и катионы- которые могут превращаться в производные неорганических кислот и оснований. Органические анионы, которые подвергаются в организме метаболизму до НСО₃^¯, включают ацетат, цитрат и в присутствии инсулина- анионы кетокислот.

Пищеварительные процессы приводят к потере 40-60ммоль щелочей с выделениями, что равнозначно прибавке нелетучих кислот в организме.

 

Способы поддержания концентрации Н⁺ в нормальных пределах

1. Комбинация Н⁺ с химическими буферами НСО₃ ¯, протеины, фосфаты и гемоглобин.

2. Выделение СО₂ с легочной вентиляцией.

3.Экскреция Н⁺ почками.

II. Ионы водорода и рН.

 

Химические основы

Н⁺ - это протон, т.е. атом водорода без своего орбитального электрона; Н⁺ в водном растворе присутствует как гидроксид-ион или Н₃О ^+. Присоединение и отдача Н⁺  лежит в основе кислотно-щелочной химии. На сегодняшний день принята теория кислотно-щелочного отношения Бренстеда.

Кислоты - вещества, которые в растворах отдают ионы водорода, т.е. являются донорами Н⁺. ( NH₄⁺ - Н⁺ + NH₃).

Основания - вещества, принимающие ион водорода, т.е. являющиеся акцепторами Н⁺. ( ОН^¯+ Н⁺ - Н₂О).

Реакция диссоциации :

НА Н⁺ + А^¯

 При протекании этой реакции в прямом направлении НА представляет собой кислоту. Когда эта реакция осуществляется в обратном направлении анион А¯ является основанием (ОН^¯связывает ионы водорода). А^¯  называют сопряженным основанием. Между реакциями диссоциации и ассоциации существует равновесие, подчиняющееся закону действия масс. В случае сильных кислот, например, HCl, равновесие в реакции HCl- Н⁺ + Cl¯ Значительно смещено вправо. Если же НА представляет собой слабую кислоту, то диссоциация происходит не полностью, степень ее зависит от константы равновесия.

α =

рис.1 Зависимость степени диссоциации от рН. рК^' - отрицательный логарифм константы равновесия К^'.

 Предcтавление о рН и [Н⁺]

1. Концентрация Н⁺ выражается 2мя методами: прямо через [H⁺] или через рН. Отношение между [Н⁺] и рН может быть выражено как:

РН = lg

РН = - lg [H⁺]

[H⁺] = 10^-рН

Важнейшие буферные кислоты при физиологических концентрациях организма представлены в табл.1

Доноры Н⁺ (сопряженные кислоты) Протон Акцепторы Н⁺ (сопряженные основания)

Н₂СО₃↔ Н⁺  + НСО₃^¯

Н₂РО₄↔ Н⁺ + НРО₄^¯

Н·белок ↔ Н⁺ + Кон.белок

ННbO₂  ↔ Н⁺ + HbO₂

ННb ↔ Н⁺ + Hb^¯

 Сопряженные кислоты могут быть как анионами, так и катитонами, сопряженные основания обычно анионы ; НСО₃^¯ - сопряженное основание способно стать и кислотой