Кислотно-основное равновесие представляет собой активность физиологических и физико-химических процессов, составляющих функционально единую систему стабилизации концентрации ионов Н+.
Основной количественной характеристикой кислотности водных растворов. является водородный показатель (рН) – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов в растворе, т.е. зависимость pH и [H+] не линейная!
pH=-lg [H+]).
Установленный диапазон концентраций ионов Н+, совместимый с жизнью 16-160 нмоль/л, что соответствует рН 6,8-7,8. В среднем в плазме крови концентрация ионов водорода [Н+] = 40 нмоль/л, нормальный диапазон рН 7,35-7,45.
Закисление саркоплазмы в мышечной клетке при работе подавляет активность фермента 3-й реакции гликолиза фосфофруктокиназы и останавливает сокращение мышцы. Интересной оборотной стороной данного эффекта служит повышенная устойчивость плода и новорожденных к острой гипоксии благодаря наличию особой фосфофруктокиназы, нечувствительной к закислению среды, что позволяет продолжать окисление глюкозы и получать энергию при накоплении лактата.
Роль систем гомеостаза организма – обеспечить неизменность концентрации ионов водорода в клетке и вне ее при жизнедеятельности, что необходимо для:
- сохранения активности ферментативных и транспортных белков,
- неспецифической защиты кожного эпителия;
- отрицательного заряда наружной поверхности мембраны эритроцитов, при снижении величины заряда мембран эритроциты начинают агрегировать, образуя "монетные столбики", что повышает вязкость крови,
- растворимости неорганических и органических молекул (кальция и магния, щавелевой и мочевой кислот),
- формирования электро-химического градиента мембраны митохондрий на должном уровне и активности катаболических процессов.
Водородный показатель является главным при оценке кислотно-основного состояния и его значение определяет диагноз ацидоза (снижение pH) или алкалоза (повышение pH).
Источники атомов водорода в организме
1. В реакциях аэробного метаболизма глюкозы, аминокислот и жирных кислот постоянно образуются молекулы CO2. При участии фермента карбоангидразы он реагирует с водой и образует угольную кислоту, слабо диссоциирующую на ион Н+ и бикарбонат-ион НСО3 .
СО2 + Н2О → Н2СО3 → НСО3¯ + Н+
Данный способ продукции протонов характерен почти для всех клеток и протекает при аэробном метаболизме, когда активно идут реакции окислительного декарбоксилирования пирувата и цикла трикарбоновых кислот.
2. Еще одним источником кислотных эквивалентов является анаэробный метаболизм глюкозы, при котором появляется молочная кислота.
Глюкоза → Молочная кислота → Лактат¯ + Н+
Особенно ярко это проявляется при интенсивной мышечной работе. В клинической практике с накоплением молочной кислоты сталкиваются при недостаточном поступлении кислорода в клетки – при любых анемиях, шоке, тромбозах, сердечной и дыхательной недостаточности, повышении вязкости крови, обезвоживании. Также играет роль дефицит железа и меди в составе ферментов дыхательной цепи.
3. Метаболизм серусодержащих аминокислот и других соединений приводит к появлению серной кислоты:
Метионин →Н2SО4 → SО42- + 2Н+
Цистеин → Н2SО4 → SО42- + 2Н+
4. В определенных условиях (голодание, сахарный диабет 1 типа) в кровь поступают кетоновые тела (ацетоуксусная и β-гидроксимасляная кислоты):
Жирные кислоты → Ацетил-SКоА → Ацетоуксусная кислота → Ацетоацетат¯ + Н+
Жирные кислоты → Ацетил-SКоА → Гидроксимасляная кислота → Гидроксибутират¯ + Н+
5. При отравлениях органическими соединениями источником ионов Н+ могут служить щавелевая и муравьная кислоты при метаболизме, соответственно, этиленгликоля и метанола, .