Қышқылдық-сілтілік үйлесімділіктің бұзылыстары
Физиологиялық үрдістердің, оның ішінде ферменттік және зат алмасулық реакциялардың қалыпты деңгейде өтуі үшін жасушалар іші мен сыртындағы сұйықта және қанда қышқылдық-сілтілік үйлесімділік болуы қажет.
Организмнің ішкі ортасында қышқылдар (Н+) мен сілтілердің (ОН-) арақатынасы көптеген үрдістерге әсер етеді. Осы арақатынастардан:
• ферменттердің белсенділігі,
• мембрана рецепторларының сезімталдығы мен қимылдары,
• мембраналардың өткізгіштігі,
• жасуша коллоидтарының, жасуша аралық құрылымдардың физикалық-химиялық қасиеттері, олардың суға үйірлігі,
• гемоглобиннің оттегін байланыстырып тіндерге тасымалдауы т.с.с. көптеген құбылыстар байланысты болады.
Қышқыл деп Н+ иондарын (протондарды) бөліп шығаратын, ал сілті деп оларды байланыстырып алатын заттарды айтады.
Н2СОз (қышқыл) ↔ Н+ + НСО3 ‾ (сілті)
Бұрын аниондардың барлығы қышқылдар деп есептелінді. Олар реакцияның жүру бағытына қарай әрі қышқыл, әрі негіз болулары мүмкін, Мәселен,
Н3 РО 4 (қышқыл) ↔ Н++ Н2 РО4 (сілті)
Н2 РО4 (қышқыл) ↔ Н+ + НРО4 (сілті)
Ортаның қышқылдығы бос сутегі иондарының мөлшерімен анықталады. Ішкі ортаның қышқылдануынан сақтандыру үшін протондарды байланыстыруда әлсіз (тез ыдырауға түсетін) қышқылдардың аниондары маңызды орын алады. Организмде бүл мақсатта гидрокарбонаттар мен нәруыздардың аниондары үлкен қызмет атқарады. Сондықтан оларды буферлік негіздер деп атайды.
Сутегі иондары зат алмасудағы аралық өнімдерден (кетондық денелер, пирожүзім, сүт т.с.с. органикалық қышқылдардан) және глюкоза мен май қышқылдары тотығуының соңғы өнімі көмір қышқылынан босап шығады. Денеде тәулігіне мөлшермен 1 мМ/кг ауада ұшпайтын қышқылдар өндіріледі. Тағамда нәруыздар көп болғанда күкірті бар аминқышқылдарынан (метионин, цистеин т.б.) күкірт қышқылы түзіледі
Организм сүйықтарында және тіндерде ортаның реакциясын, әдетте, рН мөлшерімен анықтайды. рН (роwег Нуdгоgеn — сутегінің күші) — сутегі иондары дәрежесінің теріс ондық логарифмі немесе сутегі көрсеткіші делінеді. Қалыпты жағдайда қан сары суында рН өте тығыз деңгейде ауытқиды (7,35 - 7,45). Оның тұрақтылығы қанның т.б. тіндердің буферлік (ағылш. buffег — арашалау, соққыны әлсірету) қасиетіне байланысты.
рН қанда 0,1-ге өзгеруі организмнің тыныстық, жүрек-қан тамырлар т.б. жүйелерінің бұзылыстарына әкеледі. Қанда оның 0,3-ке төмендеуі ацидоздық кома дамуына, ал 0,4-тен астам ауытқуы өлімге әкелуі мүмкін.
Қандағы қышқылдық-сілтілік үйлесімділіктің реттелу жолдары
Жасушасыртылық сұйықта және қандағы буферлік жүйеге гидрокарбонаттық, нәруыздық, гемоглобиндік және фосфаттық буферлер жатады.
Гидрокарбонаттық буфер — көмір қышқылы мен натрий гидрокарбонатының ара қатынасы•(Н2СО3 / HCO3-, қалыпты мөлшері 1:20). Организмге сілтілер түскенде олар көмір қышқылымен (Н2СО3) байланысып оның бейтарап тұзын құрады. Бұл кезде тыныс алу сиреп СО2-ның жетіспеушілігі толықтырылады. Организмде Н+ иондары көбейгенде олар HCO3- байланысып Н2СО3 құрылады. Көмір қышқылы карбоангидраза ферментінің қатысуымен көмірқышқылы газына (СО2) және суға айналады. СО2-ның-артығы деммен сыртқа шығарылады.
Эритроциттердің гемоглобині мен қан сұйығының нәруыздары тұтас буферлік жүйе қуатының 1/6 бөлігін құрайды.
Гемоглобиндік буфер. Гемоглобин оттегімен алмасу жолында өзінің қышқылдық-сілтілік қасиетін өзгертіп тұрады. Өкпеде оттегімен байланысып гемоглобин қышқылдық қасиет қабылдайды. Оксигемоглобин сілтілермен әрекеттесіп, К+ иондарын қабылдайды және Н+ иондарын бөліп шығарады. Босаған Н+ иондары гидрокарбонат анионымен байланысып, көмір қышқылын құрады. Н2СО3 ↔ СО2 + Н2О ажыратылады. СО2 деммен сыртқа шығарылады. Тіндерге гемоглобин О2-ні беріп, әлсіз сілтіге айналады. Бұл кезде тотықсызданған гемоглобин қышқылдармен әрекеттесіп, Н+-иондарын қабылдап алады және К+-иондарын босатып шығарады. Соңғылары сілтілік негіздердің қорын толықтырады.
Нәруыздық буфер. Нәруыздардың екіжақты (амфотерлік) қасиеті бар. Олардың құрамындағы аминқышқылдарында карбоксил топтары қыщқылдық әсер етсе, амин топтары сілтілік әсер етеді (сызбанұсқаны қараңыз). Бұл тіндердің және қан сұйығы нәруыздарының негізгі буфері.
Фосфаттық буфер негізінен протондардың артығын несеппен сыртқа шығаруда маңызды орын алады. Өйткені фосфаттардың мөлшері қан сұйығына қарағанда несепте көбірек болады. Бұл буфер бір негіздік натрий фосфаттың екі негіздік натрий фосфатқа арақатынасы: (NaH2PO4/Na2HPO4). Жасушасыртылық буферлік жүйенің дұрыс қалыптасуында ересек адамдар тәулігіне 20 000-40 000 мэкв протондарды несеппен шығарады. Бұл буфер негізінен жасушалардың ішінде және бүйректе кездеседі. Жасуша сыртылық сұйықта бұл арақатынас 1:4–ке теңелсе, несептің рН 5,4 болғанда ол 25:1 аралығында болады.
Қышқылдық-сілтілік үйлесімділіктің физиологиялық жүйелермен реттелуі. Қышқылдық-сілтілік үйлесімділіктің қалыпты деңгейде ұсталып тұруы физиологиялық жүйелердің қатысуымен де болады. Олар организмнен қышқылдар мен сілтілерді сыртқа шығарады және буферлік жүйе құрам бөлшектерінің арақатынасын қалпына келтіреді. Бұл негізінен тыныс алу жолдарымен және бүйректің қызметімен атқарылады. Сонымен бірге бауыр, ішек-қарын және тері қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге біршама мөлшерде қатысады.
Өкпенің қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге қатысуы. Өкпенің желдетілуі өзгергенде қанда көмірқышқылы газының деңгейінен Н+ иондарының мөлшері өзгеріп тұрады. Организмде қышқыл өнімдер көбейіп кеткенде тыныс алу жиілеп және тереңдеп, СО2 организмнен сыртқа шығарылады. Осылай сутегі иондарының артығы деммен шығарылады. Керісінше, организмде сілтілік өнімдер жиналғанда тыныс алу сиреп, қанда СО2 жиналады. Бұл протондардың организмге жетіспеушілігін толықтырады.
Бүйректің қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге қатысуы. Ол несеппен Н+-иондарын сыртқа шығаруды азайтып немесе көбейтіп жасушалардың сыртындағы және ішіндегі буферлік жүйені қалпына келтіріп тұрады. Ацидоз кезінде негізінен ауада ұшпайтын қышқылдар (күкірт, фосфор, зәр, сүт, бета-оксимай, ацетосірке қышқылдары) несеппен шығарылады. Адамда тәулігіне әрбір кг дене массасына мөлшермен 1 мэкв Н+-иондары шығарылады. Солардың ¼ бөлігі несепте титрленетін қышқылдар түрінде, қалған ¾ бөлігі аммоний анионы түрінде (NH4-) болады.
Қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуде бүйректе гидрокарбонат ионының несептен кері сіңірілуі, фосфат және аммоний тұздары мен сутегі иондарының сыртқа шығарылуы өте маңызды орын алады.
Гидрокарбонаттың кері сіңірілуі. Карбоангидраза ферментінің қатысуымен СО2 мен судан бүйрек түтікшелерінде көмір қышқылы құрылады. Артынан Н2СО3 сутегі ионына және НСО3‾ анионына ыдырайды да, Н+ ионы бүйрек түтікшелерінің саңылауына белсенді түрде шығарылады. Гидрокарбонат бастапқы және дисталдық нефрон өзекшелерінде несептен кері қанға сіңіріледі де, натрий ионымен байланысып, қандағы сілтілік заттардың қорын қалыптастырады. Босап шыққан сутегі иондары несептегі екі негіздік натрий фосфатын (Na2HPO4) бір негіздік түріне (NaH2PO4) айналдырып, несеппен сыртқа шығарылады, несептің біршама қышқылдануы болады. Босаған натрий ионы кері қанға сіңіріледі.
Нефрон түтікшелерінің эпителий жасушаларында глутаминнен глутаминаза ферментінің қатысуымен аммиак құрылады. Қан сұйығында қышқылдар көбейгенде митохондрийларда глутаминнің алмасуын сергітетін глутаматдегидрогеназалық жолдың әсерленуінен, фосфатқа тәуелді глутаминаза және альфа-аминоксидаза ферменттерінің қатысуымен, аммоний (NH4+) құрылады. Соңғысы күшті қышқылдың анионымен (әдетте хлормен) байланысады. Хлордың аммонийлық тұзы несеппен шығарылады, қанның қышқылдығын азайтады. Бұл кезде натрий иондары қанға кері сіңіріледі, организмде гидрокарбонаттың қалыпты мөлшері сақталады. Қан сұйығында сілтілер көбейгенде глутаматдегидрогеназалық жолдың белсенділігі төмендейді, NH4 құрылуы азаяды. Содан Н+ несеппен шығарылуы кемиді де, қан сұйығының сілтілену дәрежесі азаяды.
Бауырдың қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге қатысуы. Бауыр органикалық қышқылдардың соңғы өнімдеріне (СО2 және Н2О) дейін тотығу қарқынын өзгертіп қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге қатысады. Бауырда,қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге қатысатын, қан нәруыздары түзіледі. Қанда және жасушасыртылық сұйықта сілтілік заттар артқанда бауырда нәруыздардың ыдырауы күшейіп, амин топтарының мөлшері көбейеді. Содан пайда болған аммиактан зәрнәсіл (мочевина) түзілуі кезінде гидрокарбонат анионының артығы сыртқа шығарылады. Қанда қышқылдар көбейгенде бауырда зәрнәсіл түзілуі тежеліп, гидрокарбонаттар организмде сақталады. Сонымен бірге, бауыр сүт қышқылы мен кетоқышқылдарды ыдыратады, сүт қышқылынан глюкоза түзеді (Кори оралымы), қыщқылдарды өтпен ішекке шығарады. Осылай организмдегі қышқылдардың деңгейін азайтады. Сол себептен бауыр қызметінің жеткіліксіздігі кезінде организмде метаболизмдік ацидоз дамиды.
Ішек-қарын жолдарының қышқылдық-сілтілік үйлесімділікті реттеуге қатысуы. Ашішекте катехоламиндер, холинергиялық медиаторлар, серотонин, энкефалиндер өндіріліп, ішек жасушаларының мембранасы арқылы электролиттердің тасымалдануы реттелінеді. Бұл гормондық заттар энтероциттердің мембранасындағы арнайыланған рецепторларға әсер етіп, натрий мен сутегі және хлор мен гидрокарбонат иондарының қарсы тасымалдаушы тетіктерінің белсенділігін өзгертеді.
Асқазанның шырышты қабығының іргелік жасушаларында көмір қышқылы Н+ және НСО3-ыдыратылады да Н+иондары оның қуысына шығарылады, ал НСО3- иондары кері қанға сіңіріледі. Осының нәтижесінде асқазан сөлімен тәулігіне 150 ммоль протондар шығарылады. Ұйқыбез бен ішек жасушаларының эпителий жасушаларында керісінше Н2СО3-нан пайда болған НСО3- ішек сөліне шығарылып, Н+иондары кері қанға сіңіріледі. Ішек сөлінде НСО3- иондары асқазаннан түскен қышқыл тағамды бейтараптайды. Бұл гидрокарбонаттардың артығы ішектерден кері қанға сіңіріледі. Қатты іш өтулер кездерінде үлкен дәретпен сілтілік заттардың көп шығарылуынан ацидоз дамуына қауіп төнеді. Бұл кездегі организмде жиналған Н+иондарының артығы бүйрек арқылы сыртқа шығарылып теңгеріледі. Бірақ іш өтулердің нәтижесінде организмнен судың көптеп сыртқа шығарылуынан дамитын гиповолемия нефрон шумақтарында несеп сүзілуін азайтып, бүйректің ацидозды теңгеру қабілетін төмендетуі мүмкін.
Қан мен жасуша сыртындағы сұйықта қышқылдар мен сілтілердің арақатынасы жасушалар ішіндегі олардың үйлесімділігіне әсер етеді. Жасушалар ішілік рН-тың өзгерістері де организм тіршілігінде өте маңызды.