Гидрокарбонатная буферная система

М ежду СО₂ в альвеолах и гидрокарбонатным буфером в плазме крови, протекающей через капилляры легких, устанавливается равновесие.

Значение рН гидрокарбонатной буферной системы определяется по уравнению Гендерсона-Гассельбаха

рН = рK_а +

которое имеет свои особенности:

а) в стандартных условиях

K_а(Н₂СО₃) = , а рK_а(Н₂СО₃) = 6,36.

В физиологических условиях уголньую кислоту принято условно рассматривать как весь СО₂ в организме, так и СО₂, гидратированный до угольной кислоты, поэтому

K = , рK = 6,1.

б) вследствие малой растворимости СО₂ в плазме крови общую концентрацию угольной кислоты выражают через произведение парциального давления углекислого газа (рСО₂) и коэффициента его растворимости в плазме крови, равном 0,033. При этих условиях уравнение Гендерсона-Гассельбаха принимает вид:

рН = 6,1 +

Подставив в это уравнение значение рН = 7,4, определим, что

Это соотношение является важной биологической константой и позволяет сделать следующие выводы:

а) при физиологическом значении рН буферная емкость гидрокарбонатной системы значительно больше по кислоте, чем по основанию, что обусловлено особенностями метаболизма нашего организма;

б) при физиологическом значении рН СО₂ плазмы крови и эритроцитов находится преимущественно в виде НСО .

При попадании протонов в кровь равновесие реакций смещается в сторону повышения давления СО₂ в газовой фазе легких, поэтому лишний газ выдыхается.

При попадании же в плазму крови анионов гидроксила события происходят в обратной последовательности: увеличивается скорость диссоциации Н₂СО₃, что вызывает растворение в плазме крови некоторого дополнительного количества содержащегося в легких углекислого газа. Таким образом, высокая интенсивность процесса дыхания может обеспечить достаточно быстрые сдвиги этих равновесий и компенсационного нарушения кислотно-основного равновесия в организме за 10-15 мин. Изменяющееся при этом соотношение [НСО ]/CO₂ восстанавливается до нормы в течение 10-18 часов за счет изменения объема легочной вентиляции.

Таким образом, гидрокарбонатный буфер является системой самого быстрого и эффективного реагирования.

Гидрофосфатная буферная система

Многоосновная фосфорная кислота диссоциирует в 3 ступени.

1. Н₃РО₄ ((;(( Н⁺ + Н₂РО рK_a = 2,1

2. Н₂РО ((;(( Н⁺ + НРО рK_a = 6,8

3. НРО ((;(( Н⁺ + РО рK_a = 12,3

Так как максимальную буферную емкость система имеет при рН = рK_a  1, следовательно, в организме работает кислотно-основная сопряженная пара Н₂РО /НРО . В клетках она представлена КН₂РО₄ и К₂НРО₄, а в межклеточной жидкости NaH₂PO₄ и Na₂НРО₄.

Пользуясь уравнением Гендерсона-Гассельбаха, можно рассчитать соотношение [НРО ]/[Н₂РО ] при рН = 7,4, учитывая, что в физиологических условиях рK_a(Н₂РО ) = 6,8:

отсюда

Таким образом, эта буферная система имеет большую буферную ёмкость по кислоте, чем по основанию.

Фосфатная буферная система наиболее активна в почках.

При поступлении в кровь какой-либо нелетучей кислоты протекает реакция: Н⁺ + НРО ((;(( Н₂РО

Таким образом, сильная кислота замещается эквивалентным количеством слабой кислоты Н₂РО , которая концентрируется в почках и экскретируется с мочой, значение рН которой понижается.

В результате этого соотношение [НРО ]/[Н₂РО ] остается без особых изменений. Анионы сильных кислот выводятся в составе аммонийных солей вместе с катионами NH . Основным источником NH₃ служит гидролиз глутамина в присутствии очень активного в почках фермента глутаминазы: Глутамин + Н₂О = NН₃ + Глу

NН₃ + Н+ = NH

Этот процесс называется аммониогенезом и также направлен на удаление избытка Н⁺. Анионы гидрокарбоната НСО из первичной мочи (ультрафильтрат плазмы крови) почти полностью задерживаются почками и возвращаются обратно в кровь.

При попадании в кровь основания протекает реакция:

ОН^– + Н₂РО = НРО + Н₂О

Таким образом, сильное основание замещается эквивалентным количеством воды. Образующийся избыточный гидрофосфат выводится почками с мочой значение рН которой повышается.

Таким образом, характер принимаемой пищи повышает концентрацию во внутриклеточной жидкости либо протонов (мясная пища), либо анионов гидроксила (растительная пища). Это приводит к расходованию НРО и Н₂РО и, как следствие, повышению количества сопряженных кислот и оснований, избыток которых выводится с мочой, что и объясняет широкий интервал ее значений рН от 4,8 до 7,5. Соотношение концентраций [НРО ]/[Н₂РО ] происходит только через 2-3 суток, что необходимо учитывать при терапевической коррекции нарушения кислотно-основного равновесия организма.