Значення рН фізіологічних рідин

Рідини (свині)	Ймовірне значення рН	Можливі коливання
Кров (плазма) Шлунковий сік (пристінковий) Панкреатичний сік Кишковий сік Сеча Слина Піт Міхурцева жовч Печінкова жовч	7,36 1,05 7,5 6,51 5,80 6,4 5,4 6,2 7,8	7,35-7,45 0,90-1,50 7,00-8,00 5,07-7,07 5,00-6,50 6,20-7,00 4,5-7,5 5,6-7,2 7,4-8,0

Йонам гідрогену і гідроксильним йонам належить особливе місце серед інших йонів завдяки різко вираженому впливові їх на фізико-хімічні властивості речовин і перебіг багатьох хімічних реакцій. Багато процесів у живих організмах відбувається при певному значенні рН. Наприклад, шлунковий сік людини має рН 1,0-1,5.

Усі ферментні процеси відбуваються при певних значеннях рН. Так, цукраза дріжджів проявляє максимум дії при рН 5, амілаза слини – при рН 6,8.

З наведених прикладів видно, що рН внутрішніх середовищ організму, які є водними розчинами, впливає на життєдіяльність клітин, тканин, органів і організму в цілому. Значення рН біологічних рідин регулюється фізіологічними механізмами і буферними системами.

Буферною системою називають протолітичну систему, що володіє властивістю стійко утримувати рН середовище при добавленні невеликих кількостей сильної кислоти або лугу, або при розведенні.

Протолітичні буферні системи складаються із слабк

ої кислоти і надлишку спряженої з нею основи або із слабкої основи і надлишку спряженої з ним кислоти.

Буферні системи – двохкомпонентні системи, що складаються із слабкого електроліту, який володіє резервною кислотністю або лужністю, і сильного електроліту, що має одноіменний іон зі слабким електролітом і який утримує слабкий електроліт від дисоціації.

В залежності від складу розрізняють:

(І тип)	(ІІ тип)
Кислотні буфери	Основні буфери
наприклад, Н2СО3/ NаНСО3	NН4ОН/ NН4Cl
бікарбонатний буфер	амонійний(аміачний) буфер

рН в буферних системах розраховують по формулі Гендерсона-Гассельбаха:

рН = рК + lg	[сіль]
	[кислота]

Буферна ємність – кількість молярних еквівалентних мас сильної кислоти або сильної основи, які треба добавити до 1л буферного розчину, щоб зсунути рН на 1:

В =	С
	РН1 – рН0

Де В_{арт. крові} = 25,3 ммоль/л, В_{вен. крові} = 24,3 ммоль/л.

Кислотно-основний стан (КОС), або кислотно-лужна рівновага (КЛР) в організмі людини і тварини характеризується трьома показниками: 1)лужними резервами ВЕ = 2,3ммоль/л; парціальний тиск вуглекислого газу (РСО₂) = 36 – 44 мм рт. ст; 3) рН = 7,36 – 7,42.

ВЕ – це кількість основи, яку потрібно добавити або нейтралізувати, щоб рН крові зберігся в нормі. Позитивне значення ВЕ вказує на надлишок основи або дефіцит кислот; від’ємне значення ВЕ вказує на дефіцит основи або надлишок кислот.

Межа життя – 6,8 – 8,0, так як при рН 6,8 наступає ізоелектрична точка для -глобулінів, які при цьому втрачають заряд і наступає і проходить коагуляція, що призводить до утворення тромбів в судинах (як наслідок – інфаркт, інсульт).

У процесі обміну речовин утворюється велика кількість кислих продуктів. Так, в організмі людини щодобово утворюється 20-30 л 1 н кислоти, а у жуйних у передшлунках утворюється до 5 кг кислот за добу. Збереження сталості кислотності середовища організму забезпечується, перш за все, наявністю буферних систем.

Водневий показник різних біологічних рідин коливається від 1,0 до 9,0, крові – 7,2-7,95. При деяких захворюваннях реакція крові зміщується в кислу (при виразці шлунка і дванадцятипалої кишки) або в лужну (при пневмонії) зону. Зміщення кислотності середовища крові у кислу зону називається ацидозом, в лужну – алкалозом. При ацидозі збільшується вміст аніонів в організмі і рН знижується на 0,2-0,5. Це призводить до коматозного стану і загибелі тварин. При алкалозі в крові зростає концентрація катіонів і збільшується числове значення рН. Внаслідок цих змін настає смерть тварини.

У тваринному і людському організмах для підтримання сталості рН, перш за все крові, на гідрокарбонатний буфер припадає близько 7%, фосфатний – 1%, гемоглобіновий і оксигемоглобінів – 81%, білковий – 10% і на кислотний близько 1%. Гідрокарбонатна буферна система характеризується рівновагою молекул слабкої карбонатної кислоти і сіллю цієї ж кислоти. Гідрокарбонатна система – найсильний буфер плазми крові і позаклітинної рідини. Значення рН плазми залежить від співвідношення компонентів буферної системи, яке для

рН = 7,4 становить .

Функція гідрокарбонатної буферної системи спрямована на нейтралізацію кислих і лужних продуктів. У системі, якщо до неї надходять кислі продукти (наприклад HCl), відбуваються наступні процеси:

протоліз HCl + Н₂О ⇄ Н₃О⁺ + Cl^–;

нейтралізація Н₃О⁺ + НСО₃^– ⇄ Н₂СО₃ + Н₂О

Таким чином, надлишкова концентрація гідроген-йонів нейтралізується завдяки їх взаємодії з гідрокарбонатними йонами. Надлишок карбонатної кислоти гідролізується карбоангідразою: Н₂СО₃ ⇄ СО₂ + Н₂О. Карбон (IV) оксид вилучається через легені і співвідношення концентрації кислоти і солі буферної системи знову стабілізується. При надходженні лужних продуктів у реакцію вступає кисла частина буферної системи:

Н₂СО₃ + ОН^– ⇄ НСО₃^– + Н₂О

У цьому випадку сильна основа замінюється йоном гідрокарбонату, надлишок якого виводиться нирками.

При рН = 7,4 співвідношення компонентів фосфатного буфера . Фосфатна буферна система функціонує так само, як гідрокарбонатна, і є найсильним внутріклітинним буфером.

Білковий буфер – це система із протеїну (Рt) і його солі. Компоненти цього буфера можуть бути виражені як Рt–СООН – слабодисоційована білок-кислота і її сіль Рt–СООNa:

Рt–СООН ⇄ Рt–СОО^– + Н⁺;

Рt–СООNa ⇄ Рt–СОО^– + Na⁺

При збільшенні концентрації йонів Гідрогену сіль білка буде реагувати з кислотами, утворюючи слабкодисоційовану білок-кислоту:

Протоліз НСl+Н₂О ⇄ Н₃О⁺+Cl^–

Нейтралізація

При взаємодії з лугами в реакцію вступає білок-кислота і замість сильної основи утворюється слабколужна сіль:

Нейтралізація

Отже, білковий буфер діє аналогічно буферним системам, які розглянуті раніше.

Однак білки володіють також амфотерними властивостями, бо до складу молекул білка входять кислотні і основні групи. Тому навіть окрема білкова молекула проявляє буферну дію:

цвіттеріон

Протоліз НСl+Н₂О ⇄ Н₃О⁺+Cl^–

Нейтралізація

Аналогічно при додаванні сильної основи:

Нейтралізація

Найпотужнішою буферною системою крові є гемоглобінова і оксигемоглобінова. Буферні властивості гемоглобіну за механізмом дії ідентичні білковим буферним системам. Крім того, система оксигемоглобін-гемоглобін бере участь ще в одному механізмі підтримання сталості рН крові. Як відомо, венозна кров містить велику кількість карбонатної кислоти. Через легені вона видаляється у повітря; однак зміщення рН крові у лужний бік не проходить, тому що утворений оксигемоглобін є сильнішою кислотою, ніж гемоглобін. У тканинах, в артеріальній крові під дією низького парціального тиску Оксигену оксигемоглобін дисоціює і Оксиген дифундує в тканини. Утворений гемоглобін, однак, не обумовлює зміни рН крові у лужний бік, тому що в кров із тканин надходить карбонатна кислота.

Враховуючи, що сталість кислотно-основної рівноваги в організмі відіграє суттєву роль у проходженні всіх біохімічних процесів, у клініці при аналізі крові значна увага надається визначенню резервної лужності крові. Для цього у досліджуваній плазмі крові визначають кількість СО₂, яка є у зв’язаному стані, головним чином, у формі гідрокарбонатів. Одержана величина, виражена в об’ємних процентах (кількість мл СО₂ у 100 мл плазми), називається резервною лужністю крові. У нормі резервна лужність людини буває від 50-65 об% СО₂; при ацидозі ж спостерігається зниження.

Таким чином, у підтриманні кислотно-основної рівноваги беруть участь декілька буферних систем (оксигемоглобінова, білкова, карбонатна, фосфатна), а також ряд органів – легені, нирки, шкіра, печінка.